揭示缺陷態調控可增強gCN熒光和電化學發光

　　福州大學董永強課題組以不同聚合溫度下得到的石墨相氮化碳納米片（CNNSs）作為模型，首次系統研究了缺陷態對于石墨相氮化碳（g-CN）的熒光（FL）和電致化學發光（ECL）性能的影響，最終為其FL和ECL提出了合適的機理模型。并且在相關機理的指導下，提出在一定程度上有效調控g-CN的FL發射波長、FL量子效率以及ECL活性的方法。

　　圖1 CNNSs的FL(a)和ECL(b)機理示意圖。

　　g-CN是一種主要由碳和氮元素構成的，具有典型類石墨結構的二維軟材料。作為一種無金屬有機聚合物半導體，g-CN帶隙適中，具有優異的FL和ECL性能等，激發了廣大分析學者的研究興趣。雖然g-CN的FL和ECL性質早已被發現，但是關于其確切的FL和ECL機理尚存在爭議。通常，研究者們認為其FL信號來源于帶隙的內在發射。并且基于g-CN的ECL光譜和FL光譜較好吻合這一現象，認為其ECL發射與FL發射具有相同的起源。眾所周知，發光納米材料例如碳基點和半導體量子點，它們的缺陷態極大程度上影響著其發光性能。作為半導體納米材料家族的一員，g-CN擁有豐富的表面缺陷態，這同樣對其發光性能有著重要影響。然而長久以來，缺陷態對于g-CN發光性能的作用總是被研究者們忽略不談。因此系統研究缺陷態對g-CN發光性能的影響，對于充分理解g-CN的FL和ECL性質具有迫切需要。

　　基于上述考慮，福州大學董永強課題組在450-750℃的范圍內改變三聚氰胺的熱聚合溫度合成一系列聚合度不同的g-CN，并通過進一步超聲處理得到一系列CNNSs，以此作為模型研究缺陷態對g-CN發光性質的影響。實驗結果發現，g-CN中主要存在兩種缺陷態：CN-defect（來源于CNNSs邊緣的N懸掛鍵）和C-defect（歸屬于部分碳化區域的C懸掛鍵）。g-CN的發光是由其帶隙與兩種缺陷共同決定的。對于g-CN的FL，降低g-CN的缺陷態有利于提高其FL量子產率，而提高g-CN的缺陷態有利于其發射波長紅移。對于g-CN的ECL，提高CN-defect密度以及降低C-defect密度是提高其ECL活性的關鍵。相關結果推進了對g-CN材料FL和ECL性質的深入理解，在調控g-CN材料的FL和ECL性能方面具有重要意義。