为带隙工程和在高压下保持材料特性提出了新策略

来自中国科学院合肥物理科学研究院(HFIPS)的丁俊峰教授及其团队与中国科学技术大学的张根强教授一起，实现了氮空位石墨相高压下氮化碳的带隙优化和光电响应增强。

他们的研究结果发表在《物理评论应用》杂志上。

石墨氮化碳(g-C3N4)在高效光催化制氢、水氧化等多个领域表现良好。然而，原始g-C的宽带隙为2.7 eV。3N4限制其在可见光区域的光吸收。高压技术是在保持成分的同时改变性能的有效策略。因此，g-C的带隙工程3N4通过高压技术可以显著增强其光催化活性，提高其应用潜力。

在这项研究中，研究人员制备了含N的空位缺陷g-C3N4通过碱辅助热聚合获得氮/碳比为9：10的纳米片。

然后，他们对g-C的带隙演变和光电响应行为进行了一系列研究。3N4在高压下。他们使用金刚石砧池结合拉曼光谱、同步加速器X射线衍射、高压吸收光谱和光电流测量技术。

一个重要的现象是g-C3N4在17 GPa下从石墨到非晶相进行压力诱导非晶化(PIA)。在高压下，缺氮g-C的PL3N4由黄色变为红色，最小带隙达到1.70 eV。

变窄的带隙增强了可见光区域的光吸收，并将可见光电流从18 nA增加到29 nA。当施加的压力高于PIA转变压力时，在环境条件下仍然可以保持窄带隙，从而允许宽范围的g-C3N41.87 eV 至 2.42 eV 的带隙工程。

本研究提供了一种空位/缺陷辅助PIA策略，可用于设计和调整材料的带隙，并提高环境条件下各种应用的光电性能。

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