二维氮化碳(CxNy)材料的结构、性质及应用研究进展

梁家毓1,2, 袁清红2（1.中国计量大学光学与电子科技学院；2.华东师范大学精密光谱科学与技术高等研究院）

摘要：二维氮化碳(CxNy)材料作为新兴二维材料家族, 因其高度可调的结构和优异的物理化学性质, 成为材料科学的研究热点. 本综述构建了氮类型关联的“结构-性质-应用”全链条框架, 系统揭示了CxNy材料从原子尺度结构到宏观性能的演化规律. 基于氮原子配位环境的差异, 深入分析了吡啶氮、石墨氮、吡咯氮等类型对电子结构和化学键合的调控机制, 并通过密度泛函理论计算与实验验证, 阐述了其结构多样性的热力学和动力学理论基础. 本综述全面探讨了CxNy材料的多元性能, 包括热力学稳定性、可调电子能带结构、电化学活性、光谱响应及催化性能,并基于构效关系, 分析了其在能源存储与转换(如锂离子电池、超级电容器)、环境治理(如光催化、CO2还原)、电子器件及传感检测等领域的应用前景, 建立了性能与结构参数的关联. 针对当前挑战, 如可控合成、规模化制备、缺陷调控机制、理论与实验协同及跨尺度建模等问题, 本综述提出了未来发展方向: 开发精准合成技术、构建多尺度理论模型、探索多元优化策略及推进工程化应用. 通过系统的理论分析和前瞻性展望, 本综述旨在为CxNy二维材料的基础研究和应用开发提供全面的科学指导, 推动该领域向高性能化和产业化方向发展.

关键词：二维碳氮材料, 氮类型调控, 构效关系, 能源催化, 可控合成