石墨状结构的有机半导体石墨碳氮化物（g-C3N4）具有价格低廉，易于制备，无金属成分，稳定性好，可见光吸收和合适的能带结构等优点。为了提高g-C3N4光催化水分解制氢的效率。通常采用掺杂策略来调节g-C3N4的电子结构，以改善可见光吸收并促进光生载流子的分离。研究表明，基于马来酰肼的分子掺杂可有效地修饰g-C3N4的电子结构。同时较长载流子迁移距离不利于更多有效的光生载流子到达表面以与水进行光催化反应。因此，应开发具有独特微观结构的g-C3N4，以缩短光生载流子的迁移距离。
有鉴于此，西安交通大学郭烈锦院士报道了具有马来酰肼基分子掺杂的三维（3D）生菜状g-C3N4。
文章要点
1）研究人员通过三聚氰胺和马来酰肼的热缩聚反应，然后在空气气氛下进行热处理，制备了具有马来酰肼基分子掺杂的三维（3D）生菜状g-C3N4。
2）研究人员根据系统的理化性质和密度泛函理论（DFT）计算，发现在热缩聚过程中，马来酰肼的二嗪有机基占据了部分三-三嗪单元的位置，参与了价带最大值（VBM）的构建并促进了其形成。从顺丁烯二酰肼中的二嗪有机基团到相邻的三-三嗪单元的有效电荷转移通道，促进了光生载流子的产生和分离。
3）研究人员发现，由薄g-C3N4纳米片构成的3D生菜状微观结构可以缩短载体之间的迁移距离进一步抑制了光生载体的重组，并且还带来了超高的表面积，从而为光催化反应提供了更多的活性位点。
4）掺杂分子修饰的三维（3D）生菜状g-C3N4具有优异的可见光驱动的光催化水分解制氢活性（7689.6 μmol h-1 g-1），是未修饰的g-C3N4的31.5倍，并且在425 nm处的表观量子效率高达8.53％。
该研究工作加深了对构建g-C3N4的多尺度结构的理解，并为设计高效的基于g-C3N4的光催化剂提供了可行有效的途径。
Yazhou Zhang, et al, Maleic hydrazide-based molecule doping in three-dimensional lettuce-like graphite carbon nitride towards highly efficient photocatalytic hydrogen evolution,Applied Catalysis B: Environmental,
2020,
DOI：10.1016/j.apcatb.2020.119009.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337320304240
