具有不同化学计量比的二维聚合物氮化物（C_xN_y）由于其独特的物理化学性质和广泛的潜在技术应用，长期以来一直是人们研究的热点。

近日，中山大学余丁山教授报道了一种窄带隙介孔C4N粒子的简便合成和多种本征性质，并首次研究了它作为可见光敏感（VLS）的有机双功能ORR/OER催化剂的应用，以实现面向太阳能利用的光助式可充电锌空气电池（RZAB）和聚合物空气电池（RPAB）。

文章要点

1）与目前流行的g-C₃N₄不同，所得到的介孔C₄N不仅具有1.99 eV的窄带隙和较大的光电流响应，而且在单一的有机材料中集成了有效的催化ORR/OER双功能，加上其理想的能带结构，可以有效地促进氧反应的光耦合。

2）实验结果显示，C₄N可以作为一种通用的光电电极与金属（即Zn）或聚合物（即氧化还原-CMP）负极配对，以实现VLS-RZAB和VLS-RPAB。基于C₄N的VLS-RZAB在可见光下具有良好的储能性能和1.35 V的低充电电压，远远低于RZAB的理论电压（1.65 V），获得的能效达到97.78%，高于传统的RZAB(60%)，此外，新开发的全聚合物VLS-RPAB在可见光刺激下也表现出更好的充电性能，充电电压降低约0.22 V。

3）实验和密度泛函理论（DFT）计算结果表明，在C₄N中，ORR和OER的催化活性位点是吡嗪氮周围单独的带正电荷的碳位点，而光生空穴可以改善OER反应动力学。

这项研究突出了一种很少被研究的可见光活性聚合物半导体及其新的性质和应用。同时将为有效捕获和利用天然太阳能的下一代光电耦合电化学能源系统开发集成的无金属有机半导体电极开辟一条新的途径。

参考文献

Zhengsong Fang, et al, Capturing Visible Light in Low-bandgap C₄N Derived Responsive Bifunctional Air Electrodes for Solar Energy Conversion/Storage, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202104790

https://doi.org/10.1002/anie.202104790