分子内共轭效应及诱导效应对g-C3N4光催化性能的调控及机理研究

As an organic polymer material, graphitic carbon nitride (g-C3N4) is widely used in the field of catalysis, energy, environment, sensor and bio-imaging. However, it is still unclear the interaction rule of g-C3N4 among its molecular structure, electronic band structure and photocatalytic activity. In this project, the π-electron system of g-C3N4 is a sally port, which helps us design the molecular structure and modify the functional group of g-C3N4 as well as study on the mechanism of photocatalytic activity of g-C3N4 controlled by intramolecular conjugative effect and inductive effect. Especially, how the different arrangements of π-π conjugative units and different electronegativity of modified functional groups affect the photocatalytic activity of g-C3N4. After finished the project, the synthesis technology of how to design molecular structure and modify functional group of g-C3N4 can be obtained. Moreover, it also deepens us understand on the interaction rule of g-C3N4 among its molecular structure, electronic band structure and photocatalytic activity. Achievements in this project will support us new approaches and guidance on how to design highly efficient photocatalyst.

石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种有机聚合物材料，被广泛用于催化、能源、环境、传感、生物成像等领域。然而，现阶段对g-C3N4材料的研究，特别是对g-C3N4材料的分子结构、电子能带结构及材料光催化性能间相互作用规律的研究还缺乏足够的认识。本项目以g-C3N4的π电子系统为突破口，拟从分子水平上对其进行结构设计以及官能团的修饰，考察分子内共轭效应及诱导效应对g-C3N4材料光催化性能的调控作用及机理，特别是分子内π-π共轭结构单元的排布方式、修饰官能团电负性的强弱对g-C3N4材料光催化性能的影响及相关机理。获得g-C3N4分子结构设计及表面官能团修饰的合成工艺，同时深入认识g-C3N4分子结构、电子能带结构及光催化性能之间的相互作用规律。项目的研究成果为高效光催化材料的设计提供新的方法与理论依据。

石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种有机聚合物材料，被广泛用于催化、能源、环境、传感、生物成像等领域。然而，现阶段对g-C3N4材料的研究，特别是对g-C3N4材料的分子结构、电子能带结构及材料光催化性能间相互作用规律的研究还缺乏足够的认识。本项目以g-C3N4的π电子系统为突破口，拟从分子水平上对其进行结构设计以及官能团的修饰，考察分子内共轭效应及诱导效应对g-C3N4材料光催化性能的调控作用及机理，特别是分子内π-π共轭结构单元的排布方式、修饰官能团电负性的强弱对g-C3N4材料光催化性能的影响及相关机理。获得g-C3N4分子结构设计及表面官能团修饰的合成工艺，同时深入认识g-C3N4分子结构、电子能带结构及光催化性能之间的相互作用规律。项目研究发现利用亲核取代反应及席夫碱化学反应可成功将π共轭结构单元引入g-C3N4材料中；强电负性原子直接接到g-C3N4材料表面会引起电子运动的强烈束缚，从而增加载流子复合的几率；而通过接入π共轭结构单元先扩展电子离域运动范围，随后增加局部的电负性可以引起电子的有序运动，从而提高载流子的分离效率，提升材料的光催化性能。本项目的研究成果为高效g-C3N4光催化材料的分子设计提供了新方法与理论依据。