物质名称：石墨相氮化碳，Graphitic Carbon Nitride，g-C₃N₄

结构特性

石墨相氮化碳是一种典型的聚合物半导体材料，其结构中碳（C）和氮（N）原子通过sp²杂化形成高度离域的π共轭体系。这种独特的结构赋予了g-C₃N₄优异的电子传输性能和化学稳定性。它通常由三嗪或七嗪结构单元组成，层间通过范德华力相互作用，形成类似石墨的层状结构。这种层状结构不仅提供了丰富的表面活性位点，还使得g-C₃N₄在光催化、电催化等领域具有广泛的应用潜力。

制备方法

g-C₃N₄的制备方法多样，包括热聚合、溶剂热法、超声剥离等。其中，热聚合法是最常用的方法之一，通过加热含氮前驱体（如三聚氰胺、双氰胺等）使其发生聚合反应，生成g-C₃N₄。溶剂热法则是在高温高压条件下，利用溶剂作为反应介质，促进前驱体的聚合和结晶。超声剥离法则是一种自上而下的方法，通过超声作用将块体g-C₃N₄剥离成纳米片，提高其比表面积和反应活性。

应用领域

g-C₃N₄在光催化、电催化、电池、超级电容器等领域具有广泛的应用。在光催化领域，g-C₃N₄能够吸收可见光，产生活性氧物种，用于降解有机污染物、分解水制氢等。在电催化领域，g-C₃N₄可作为催化剂或催化剂载体，用于氧还原反应、氢析出反应等。此外，g-C₃N₄还可用于电池电极材料、超级电容器电极材料等，提高能量存储和转换效率。

改性研究

尽管g-C₃N₄具有诸多优点，但其也存在一些局限性，如易团聚、光利用率不足、电导率差等。为了克服这些局限性，研究者们开展了大量的改性研究。常见的改性方法包括官能团改性、分子化修饰、掺杂（如非金属元素掺杂、金属元素掺杂等）、异质结的构建等。这些改性方法能够显著提高g-C₃N₄的性能，拓宽其应用范围。

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