on style="white-space: normal; text-align: justify; line-height: normal; margin-left: 8px; margin-right: 8px;">第一作者：清华大学博士生李文璐 通讯作者：清华大学朱永法教授，香港大学David Lee Phillips教授，魏振博士 本文通过飞秒瞬态吸收光谱对N缺陷g-C3N4的光生电荷行为进行了深入研究，发现N缺陷诱导产生的浅捕获态能捕获光生电子并保持反应活性，抑制导致光生电子失活的深层捕获与直接复合过程，从而提升其光催化析氢能力。在可见光照射下，该氮缺陷g-C3N4的析氢效率比bulk g-C3N4提高了20倍。1.g-C3N4具有优异的光解水性能，同时成本低廉可以大规模合成，是解决日益严重的能源与环境危机非常有前景的材料，而N缺陷的调控是提高其催化活性的有效手段。2．光解水过程中涉及到光生电荷的产生、复合、分离、转移和表面反应以及与捕获态之间的关系受限于仪器设备的时间分辨性能，很难将机理解释清楚。3. 超快光谱学的发展，为我们研究光生电荷的形成、弛豫、俘获以及复合等发生在较快尺度上的过程，提供了直接和强有力的支撑。1. 本文制备的N缺陷g-C3N4的析氢效率比bulk g-C3N4提高了20倍2. 通过超快光谱对光生电子的动力学过程进行了深度解析3. N缺陷诱导的浅捕获态，抑制了光生电子的深度俘获与复合，增强g-C3N4的光催化析氢能力Fig. 1. (a) Schematic illustration for the fabrication of CN-550 and CN-M-630; XPS with peak for (b) C1s and (c) N1s of CN-550 and CN-M-630; (d) EPR spectra of CN-550 and CN-M-630; and (e) Solid-state 13C CP-MAS NMR spectra of CN-550 and CN-M-630.本文以蜜勒胺为原料，在Ar氛围下，经过630°C煅烧得到了富含N缺陷的g-C3N4（CN-M-630），通过XPS，ESR，固体核磁，元素分析等手段表征了N缺陷的存在，并证明其源于加热过程中三嗪环N2C的缺失。Fig. 2. (a) Photocatalytic H2 evolution rates of different samples under visible irradiation (λ> 420 nm); (b) the repeated cycles of H2 evolution by CN-M-630.CN-M-630在可见光照下的光催化产氢速率达5304.3 μmol·g-1·h-1，是bulk g-C3N4的20倍，在420 nm的AQY可到15.7%，并且在450 nm以后仍有可观的量子效率，多次循环实验表明其稳定性良好。Fig. 3. Visible transient absorption spectra measurements of (a) CN-550, (b) CN-M-630 with a 400 nm laser flash, and (c) Time profiles of normalized transient absorption at 560 nm; global analysis of (d) CN-550; (e) CN-M-630 and (f) CN-M-630 in 10% of methanol with a parallel model.Fig. 4. MIR fs-TAS for (a) CN-550 and (b) CN-M-630 irradiated with pulses at 400 nm; and (c) MIR fs-TAS decay kinetics at 5000 nm of CN-550 and CN-M-630 powder samples.我们利用飞秒瞬态光谱从深度揭示了N缺陷对g-C3N4的光生电子行为光催化性能的影响机制。通过对可见光区瞬态吸收光谱的全局拟合，发现N缺陷的引入会诱导更多的光生电子被浅捕获态俘获，并仍然保留析氢活性，以及中红外区的电子动力学拟合，从而减少光生电子的深度俘获与直接复合导致的失活，因此富含N缺陷的CN-M-630具有更高的光催化产氢活性。Fig. 5. (a) PL spectra of CN-550 and CN-M-630 excited at 365 nm; (b) transient fluorescence of CN-550 and CN-M-630 recorded at 470 nm (excited by 325 nm excitation pulse); (c) TPV measurements of CN-550 and CN-M-630, where the wavelength and intensity of the excitation pulse are 355 nm and 50 mJ, respectively; (d) transient photocurrent response of the as-prepared CN-550 and CN-M-630. (FTO: fluorine-doped tin oxide glass)在此基础上，荧光光谱表明由于缺陷态的产生，CN-M-630荧光信号发生明显红移，并且N缺陷的引入可以大幅降低CN-M-630光生电荷的直接复合几率，结合对荧光寿命与瞬态光电压谱的动力学分析，表明N缺陷诱导的浅捕获态可俘获更多的光生电子。而电化学交流阻抗谱与瞬态光电流都表明CN-M-630具有更高的光生电荷分离效率。该工作通过调控前驱体结构和煅烧温度设计合成了N缺陷g-C3N4体系，并通过飞秒瞬态吸收光谱揭示了N缺陷诱导的浅捕获态抑制光生电子的深层俘获和复合，从而提高光生电子-空穴对的分离和迁移效率。这项工作为半导体的缺陷结构、捕获态和光催化性能之间的关系建立了一个新的联系，并为利用超快光谱技术研究光催化反应提供了思路。 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337322000820?via%3Dihub
