揭示缺陷态调控可增强g-CN荧光和电化学发光
福州大学董永强课题组以不同聚合温度下得到的石墨相氮化碳纳米片（CNNSs）作为模型，首次系统研究了缺陷态对于石墨相氮化碳（g-CN）的荧光（FL）和电致化学发光（ECL）性能的影响，最终为其FL和ECL提出了合适的机理模型。并且在相关机理的指导下，提出在一定程度上有效调控g-CN的FL发射波长、FL量子效率以及ECL活性的方法。
图1 CNNSs的FL(a)和ECL(b)机理示意图。
g-CN是一种主要由碳和氮元素构成的，具有典型类石墨结构的二维软材料。作为一种无金属有机聚合物半导体，g-CN带隙适中，具有优异的FL和ECL性能等，激发了广大分析学者的研究兴趣。虽然g-CN的FL和ECL性质早已被发现，但是关于其确切的FL和ECL机理尚存在争议。通常，研究者们认为其FL信号来源于带隙的内在发射。并且基于g-CN的ECL光谱和FL光谱较好吻合这一现象，认为其ECL发射与FL发射具有相同的起源。众所周知，发光纳米材料例如碳基点和半导体量子点，它们的缺陷态极大程度上影响着其发光性能。作为半导体纳米材料家族的一员，g-CN拥有丰富的表面缺陷态，这同样对其发光性能有着重要影响。然而长久以来，缺陷态对于g-CN发光性能的作用总是被研究者们忽略不谈。因此系统研究缺陷态对g-CN发光性能的影响，对于充分理解g-CN的FL和ECL性质具有迫切需要。
基于上述考虑，福州大学董永强课题组在450-750℃的范围内改变三聚氰胺的热聚合温度合成一系列聚合度不同的g-CN，并通过进一步超声处理得到一系列CNNSs，以此作为模型研究缺陷态对g-CN发光性质的影响。实验结果发现，g-CN中主要存在两种缺陷态：CN-defect（来源于CNNSs边缘的N悬挂键）和C-defect（归属于部分碳化区域的C悬挂键）。g-CN的发光是由其带隙与两种缺陷共同决定的。对于g-CN的FL，降低g-CN的缺陷态有利于提高其FL量子产率，而提高g-CN的缺陷态有利于其发射波长红移。对于g-CN的ECL，提高CN-defect密度以及降低C-defect密度是提高其ECL活性的关键。相关结果推进了对g-CN材料FL和ECL性质的深入理解，在调控g-CN材料的FL和ECL性能方面具有重要意义。
