2023年5月，北京大学深圳研究生院 “生态环境与资源效率研究实验室” 冀豪栋助理教授/研究员团队全面综述了银基纳米材料的合成和环境应用，其中关于银修饰的g-C₃N₄复合材料在光催化领域的研究进展发表在中科院一区Top期刊Chinese Chemical Letters (IF=8.455)，关于银纳米材料的可控合成及其环境应用发表在由中国科学院基础科学局、化学部、文献情报中心和国家自然科学基金委员会化学科学部共同主办的国内基础化学研究领域唯一一本综述性中文SCI学术期刊《化学进展》（Progress in Chemistry, IF=1.044）。

英文原题： A review on g-C₃N₄ decorated with silver for photocatalytic energy conversion.

作者：Ziyu Pan, Wufan Ding, Hanchun Chen, Haodong Ji

人工光催化能量转换被认为是通过直接捕获太阳能来解决日益严重的能源危机和环境污染问题的有效策略，而开发高效光催化剂是该领域的研究重点之一。近年来，由于具有杰出的物化性质和易于合成等显著优势，银修饰的g-C₃N₄复合材料引起了学者们的广泛关注。与其它g-C₃N₄复合光催化剂相比，银修饰的g-C₃N₄复合材料因具有增强可见光吸收、延长载流子寿命、优异的可控性和稳定性、更高的光催化效率和环境友好性等优点而被广泛用于高效光催化能量转换领域。

图1.  论文图文摘要

为此，北京大学深圳生院环境与能源学院冀豪栋助理教授团队在g-C₃N₄复合光催化领域进行了大量的研究，基于前期研究成果，在此文章中全面总结了g-C₃N₄的物化性质、种类、合成方法以及各种银修饰的g-C₃N₄复合材料在光催化能量转换领域应用的前沿研究现状，阐明了在基础研究领域及实际应用层面所面临的挑战。

该论文从两大方面详细阐述了g-C₃N₄在光催化能量转化领域的研究现状、挑战和未来发展方向：（1）全面阐述了g-C₃N₄的结构组成、物化性质、种类以及合成方法；（2）全面总结了各种银修饰的g-C₃N₄复合材料在光催化能量转换领域（重点介绍了产氢、二氧化碳还原以及污染物降解）的应用，并阐述了其在光催化能量转换应用所面临的挑战和未来研究展望。

由于纯g-C₃N₄光催化激发产生的光生电子-空穴对易于复合、电荷迁移率低以及可见光吸收不足(波长范围400-760 nm)，因此其自身的光催化活性有限，而g-C₃N₄材料设计合成和功能改性以提升其光催化性能是该领域的研究热点之一。g-C₃N₄的较多独特优势使其可实现光催化改性及广泛应用：（1）无毒、生物相容性好、前驱体制备方便、带隙适中等，使其成为可见光应用体系中有前景的候选材料；（2）各层中强共价C-N键和层间范德华力使其具有较高的热稳定性和化学稳定性，可用于各种溶剂的高温反应和表面科学；（3）种类繁多、易于合成，且其结构和组成可通过合成过程中的条件设置进行精细调控，特别纳米片具有大比面积且易于修饰。

修饰g-C₃N₄的银，主要有以下几类：银纳米颗粒，银纳米簇，单原子银以及其它种类的银（卤化银、氧化银、碳酸银、磷酸银、铬酸银等）。这些银修饰的g-C₃N₄复合材料在光催化能量转换中的应用主要集中在产氢、二氧化碳还原以及污染物降解三个方面（图3）。尽管，基于银修饰的g-C₃N₄复合材料的光催化能量转换技术具有高效、绿色、低成本等优势，但在实际工程应用中还面临诸多挑战，特别是单原子银复合材料的合成及应用。此外，基础理论机制仍存在诸多关键科学问题急需探清。

图 2. 银修饰的g-C₃N₄复合材料在光催化能量转换领域的应用

相关论文发表在Chinese Chemical Letters上，北京大学深圳研究生院博士后潘自宇为文章的第一作者，冀豪栋助理教授为通讯作者。

中英文原题：银纳米材料的可控合成及其环境应用Controlled Synthesis of Silver Nanomaterials and Their Environmental Applications

作者：Ziyu Pan, Haodong Ji

银纳米材料因催化活性高、生物相容性好、物化性能独特而备受关注，已被广泛应用于催化、药物、环境等领域，特别是水污染控制和水环境净化领域，因此，可控合成及其环境应用是该领域的研究重点之一。近年来，银纳米材料因其独特的纳米尺寸效应（如小尺寸效应：1~100 nm）、表面和界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等特点而受到人们的密切关注。因此，各种各样的银纳米材料银纳米材料被广泛用于环境修复（包括污染物去除、杀菌和病毒灭活、传感器）。

图3. 论文图文摘要

为此，北京大学环境与能源学院冀豪栋助理教授团队在此文章中全面总结了银纳米材料的种类、性质及合成策略，重点对可控合成方法进行了归纳总结，综述了近年来银纳米材料在环境中的应用，如污染物去除、杀菌和病毒灭活、传感器等。对未来银纳米材料的发展和环境应用进行了展望。

该论文从两大方面详细阐述了银纳米材料的可控合成及其环境应用的研究现状、挑战和未来发展方向：（1）全面阐述了银纳米材料的种类及合成方法；（2）全面总结了银纳米材料的环境应用：污染物去除、杀菌和病毒灭活、传感器，并阐述了银纳米材料在环境应用中所面临的挑战和未来研究展望。

银纳米材料因其独特的纳米尺寸效应（如小尺寸效应：1~100 nm）、表面和界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等特点而被广泛用于电子、化学化工、生物医学、药物、日用品等行业，特别是环境领域应用更甚。银功能材料种类繁多，主要可分为以下几类，第一：只含有银元素的银纳米材料，如银纳米簇、银纳米球、银纳米立方体、银纳米花、银纳米棒、银纳米三角片、银纳米线、银纳米三角双锥、银纳米三棱柱等；第二：含有两种或两种以上元素的银纳米材料，如双金属、纳米笼、Janus及核壳银纳米材料等；第三：不同载体的银纳米材料；第四：氧化银纳米颗粒以及卤化银等纳米材料（图4A）。此外，其合成方法不胜枚举，主要可分为化学合成方法和物理合成方法两大类（图4B）。

图 4.（A）银纳米材料分类图；（B）银纳米材料的合成方法。

近年来，环境污染所造成的环境问题日趋严重，已受到科研界的广泛关注。随着环境功能材料的应用，人们日渐意识到其可能发展为能实际有效解决环境问题的技术之一。其中，银纳米功能材料由于具有优异的表面性能、催化活性以及杀菌等优点，已成为去除和降解污染物的关键材料。基于此，本论文从三个方面详细且全面阐述了银纳米材料在环境修复中的应用：（1）银纳米材料在环境污染物处理中的应用—吸附和催化降解，主要包括在染料处理、在微塑料、在新兴污染物处理中的应用；（2）银纳米材料在水净化中的应用—抗菌与抗病毒；（3）银纳米材料在有毒金属废水处理中的应用—传感器。

尽管，银纳米材料的探索和实际应用取得了些许突出成就，但在实际工程应用中仍有一些挑战有待克服：绿色合成的银纳米材料种类极其有限，且粒径大小不均，因此，绿色合成各种各样的银纳米材料的可实现性亟待探究；不会引入新的环境问题的各种银纳米材料的纯化、改性等技术亟待开发；基于计算机算法的机器学习在环境领域的应用、微塑料的催化降解去除以及单原子银复合材料的合成和环境应用目前均处于起步阶段。

上述两篇论文通讯作者为冀豪栋研究员/Tenure-track助理教授，环境与能源学院为唯一作者单位，潘自宇博士后均为第一作者，参与文章的学生为课题组硕士生丁吴凡和陈晗纯。该工作得到国家自然科学基金（项目编号：52100069）和深圳市基础研究面上（JCYJ20220531093205013）等项目支持。

出版信息：

Chinese Chemical Letters 2023

Publication Date: May 12, 2023

化学进展Progress in Chemistry. 2023

Publication Date: March 1, 2023

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cclet.2023.108567 https://doi.org/10.7536/PC221218