碳化氮是一種有缺陷的類石墨烯的二維功能材料，其豐富的非石墨化氮結構決定了其良好催化特性，而低電導性又決定了其不適合應用于電極領域。為了構建既富含還原中心的氮元素，又具有高導電性的材料，導電碳化氮（CCN）的概念被提出。Ni，Cu兩種金屬在化學氣相沉積過程中制備層狀導電石墨烯的重要催化劑，它們的氨腈衍生物也是潛在的制備高氮含量和高導電性碳化氮的潛在前驅體。通常氣相沉積的方式因其800oC以上高溫的特點導致的摻氮不穩定，造成該條件下氮摻雜的含量較低。而操作溫度較低的化學法摻雜獲得的材料導電性較差。

圖1：碳化氮的材料結構

【成果簡介】

來自中科院上海硅酸鹽研究所、浙江大學、北京大學的黃富強研究員（通訊作者）團隊與，利用富氮前驅體和Ni-N縮合方式的結合制備了一種獨特的二維平面結構的導電碳化氮（CCN）。這種材料的氮含量高達15%，其中還原活性的吡啶N含量為9%，吡咯N含量為5%，材料的電導率高達2.3Scm-1。這種材料的被用電化學電容器時，其比容量可達372Fg-1，能量密度高達27.1Whkg-1,功率密度可達6.3kWkg-1。該研究成果以題為“ConductiveCarbonNitrideforExcellentEnergyStorage”的文章發表在AdvancedMaterials上。

【圖文導讀】

a）通過縮聚三聚氰胺制備g-C3N4的主要路線的示意圖；

b）導電碳化氮制備的相似CVD路線：Ni(HNCN)2的晶體結構，重量分析法與質譜法聯用測定Ni(HNCN)2在Ar2氣流下以10oC/min升溫的表征，這種前驅體同時作為氮源和碳源，在Ni催化反應過程中以揮發的N原子團作為摻氮的原料獲得高導電性的富有非石墨化氮的碳材料。

c）CCN-800樣品的TEM圖。

d）對應選區的高分辨TEM圖像：黃色正方形區域的碳有6-9層。

e）CCN-800樣品的普通TEM圖像以及對應的電子能量損失譜的元素分布：

f）Cg）Nh）O。

圖2：CCN材料的XPS譜圖分析

a）以Ni(HNCN)2為前驅體，與金屬Ni對比的CCN-700，CCN-800，CCN-900樣品Ni2p的高分辨XPS譜圖。

b）C1s的高分辨XPS譜圖以及c）三種樣品中分別源自吡啶N，吡咯N和石墨化氮的N1s的譜圖。

d）三種樣品中不同氮含量的總結，表明了這些樣品中高含量的非石墨化氮。