石墨相氮化碳（g-C3N4）因其独特的层状结构、可调能带、无金属特性和高的物理化学稳定性而备受关注。这种材料在能量转换和存储领域具有巨大潜力。二维g-C3N4纳米片具有电荷/传质路径短、反应位点丰富和易于功能化等特点，这些特性有助于优化其在不同领域的性能。然而，目前关于2D g-C3N4在能量转换和储存方面的综合应用研究还很有限。
为了探索二维g-C3N4纳米片在能量转换和存储中的潜力，中国地质大学的黄洪伟教授及其团队进行了一项综述性研究，重点讨论了二维g-C3N4纳米片的合理设计和工程。
要点1. 首先，我们介绍了g-C3N4纳米片的理化性质和制备方法。然后，我们详细综述了基于g-C3N4纳米片的光催化、电催化、电池和超级电容器等方面的研究进展。最后，我们讨论了g-C3N4纳米片在能量转换和存储方面面临的关键挑战、机遇和前景。
要点2. 尽管在合成和功能化方面取得了相当大的进展，但二维g-C3N4纳米片的探索仍处于早期阶段，仍然需要进一步的发展。（i）对于二维g-C3N4纳米片光催化剂，性能的提高通常归因于高电子/空穴分离率或足够的反应位点。虽然这些说法是正确的，但我们需要更具体的机制讨论，并进行定量数据分析，这需要使用一些先进的表征仪器和理论计算。此外，我们还鼓励研究g-C3N4纳米片的一些物理化学性质（如压电效应）与光耦合效应之间的关系，以实现一加一大于二的效果。
要点3. （ii）作为电催化剂，g-C3N4的催化活性源于其上的空位、掺杂、本征缺陷和边缘修饰等引起的电子结构变化。通过结合上述各种方法，我们可以构建具有双功能或多功能的催化剂。理论计算可以模拟催化剂中特定的电子结构变化和反应能垒，为实验提供指导。此外，通过高通量计算，我们可以有效地筛选出具有特定功能的催化剂。
要点4. （iii）在电化学储能领域，我们可以根据g-C3N4纳米片的理化性质和目标功能，有针对性地设计电极，以更好地发挥g-C3N4的特性。例如，g-C3N4具有多孔结构，容易被官能团修饰，适用于锂硫电池中多硫化锂的吸附。高氮含量和稳定的化学性质使其适合用于保护锂金属电池中的隔膜。
总的来说，虽然g-C3N4纳米片的性质是有限的，但其潜力是无限的，这取决于其特殊的二维结构。我们相信通过更多的理论研究和实验结果的积累，我们可以扩展对这种材料的基础知识，从而在能量存储和转换器件中充分发挥其作用。
参考文献：Yinghui Wang等人。2D Graphitic Carbon Nitride for Energy Conversion and Storage. Adv. Funct. Mater. 2021, 2102540.
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