高比表面積石墨化氮化碳的制備及應用

李 敏，李海巖，孫發民，李 潔，張凌峰，袁忠勇

（1.南開大學 化學學院 先進能源材料化學教育部重點實驗室，天津 300071；2.中國石油 石油化工研究院 大慶化工研究中心，黑龍江 大慶 163714）

隨著社會的不斷發展，能源危機逐漸加重，一些新型能源的開發成為人們研究的重點。自從1972年Fujishima等［1］發表關于光照TiO2電極分解水制氫的論文以后，通過光催化劑分解水制氫，或者將太陽能轉化為化學能的一個多相光催化體系得到人們的廣泛關注。過去幾十年中，不同種類的光催化劑得到廣泛使用，如TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3、CdS等［2－9］，其中 TiO2以其活性高、熱穩定性好、持續性長、價格便宜、對人體無害等特性備受人們青睞。但由于TiO2的光生電子和空穴容易發生復合，光催化效率低，帶隙較寬（約3.2eV），只能在紫外區顯示光化學活性，對太陽能的利用率不到5%［10］。因此，如何高效利用太陽光成為近年的研究熱點，除了改進技術提高原有的光催化劑性能之外，一些新的光催化劑也廣受關注。

氮化碳具有超高硬度、低密度、半導體性、生物相容性、特殊光學特征、能量儲存容量、氣體吸附容量、堿性位等特性。在氮化碳5種相態（α、β、cubic、pseudocubic以及graphitic）［11］中，石墨化氮化碳（g-C3N4）由于其獨特的物理結構及電子能帶結構（帶隙≈2.7eV），顯示出良好的光催化性能［12］，同時在其他領域，如能量轉換［13－14］、氣體的儲存和捕獲［15－16］、水中污染物的凈化［17］、太陽能電池［18－19］等方面也應用良好。目前，通過有機含氮前驅體（腈胺、雙腈胺、三聚氰胺等）熱縮聚的方式來制備的氮化碳［20－21］，其 比 表 面 積 往 往 小 于 10m2/g。 為 此，向體相氮化碳中引入孔徑可調的納米級孔結構，或改變氮化碳的納米粒徑及形貌來增加其比表面積，從而增加反應的活性位及有效接觸面積，用以提高其實際應用性能。在此，筆者簡單介紹了制備高比表面積氮化碳的不同方法，并總結其在光催化、光電、吸附、有機多相催化等領域的應用。

1 多孔氮化碳的不同制備方法

1.1 硬模板法

在體相氮化碳中引入孔徑可調的納米孔結構來增加其表面積，是提高反應活性的有效途徑。采用硬模板法，通過納米澆鑄（nanocasting）刻蝕孔道，是人們合成孔狀材料普遍采用的技術，類似于以介孔氧化硅為模板制備具有有序介孔碳的技術［22］。2005年，Vinu等［23］以介孔氧化硅SBA-15為模板，制備出具有有序介孔結構的氮化碳MCN-1。自此，硬模板方法合成有序介孔氮化碳材料得到了深入的發展。這些有序介孔氮化碳材料具有發達的孔隙結構、大的比表面積和孔容、規則排列的孔結構、良好的化學穩定性和優良的吸附性能，能夠使物質在其孔隙內吸附并進行反應，同時能夠保持自身物理化學穩定性，因此被廣泛應用于催化、吸附、傳感器等眾多領域。

利用硬模板合成介孔氮化碳材料，采用的模板劑應具有均一、完好的孔道，以及較好的熱穩定性，避免高溫焙燒及氫氟酸刻蝕除模板劑過程對最終材料結構的影響；采用的前驅體主要為一些含氮化合物，例如乙二胺和四氯化碳、腈胺、氨基胍類等，它們具有良好的潤濕性，能夠使模板劑孔道得到有效的填充，同時在焙燒過程中不容易分解掉，以保證較高的產率。

以有序硅基材料作硬模板，合成具有可調孔結構和孔尺寸的多孔氮化碳材料一般包括如下幾個步驟：（1）合成具有規整結構的有序硅基材料；（2）將可以發生反應的氮化碳的前驅體，如腈胺、乙二胺和四氯化碳等注入模板的孔道，在加熱或者回流的條件下進行蒸干或聚合；（3）將上述所得的polymer/silica進行高溫焙燒得到carbon nitride/silica共組分；（4）最后用HF或者NaOH刻蝕除去二氧化硅。然而，此過程中涉及的氮化碳前驅體主要是腈胺、乙二胺和四氯化碳，其中腈胺的毒性很大，乙二胺也是易揮發的刺激性液體。因此，采用安全、無毒、環保的氮化碳前驅體是未來研究的主要方面。

表1 不同結構的有序硅基材料作硬模板合成的多孔氮化碳材料一覽表Table 1 Summary of porous carbon nitride materials obtained through different porous silica as template

表1總結了不同結構的有序硅基材料作硬模板合成的多孔氮化碳材料。以SBA-15為模板，乙二胺和四氯化碳為前驅體，Vinu等［23］制備了有序二維六方介孔氮化碳MCN-1。該氮化碳較好地復制了SBA-15的二維六方結構，最可幾孔徑為9.2和7.1nm，比表面積可高達505m2/g，總孔體積為0.55cm3/g。圖1為不同硬模板劑制備的介孔氮化碳TEM照片和MCN-1的小角XRD譜。由圖1（a）可知，MCN-1具有有序的介孔排列結構，TEM照片也證明其周期有序排列結構，晶面間距為9.52nm。由圖1（b）可知，以籠狀SBA-16為模板、乙二胺和四氯化碳為前驅體可制備得到3D有序介孔氮化碳［24］，其比表面積可達到810m2/g，孔體積可達0.81cm3/g，高于 MCN-1。由圖1（c）看到，以碳氟聚合物和P123表面活劑制備可得到擁有2D六方有序介孔結構的納米棒狀IBN-4；并以此作為模板，乙二胺四氯化碳為前驅體，合成得到粒徑小于150nm的氮化碳納米顆粒MCN-3，其比表面積可達645m2/g，孔體積為0.67cm3/g，氮含量約為MCN-1、MCN-2的2倍，作為堿性催化劑在催化β－酮酸酯的酯交換反應中表現出較高的活性和轉化率［25］。雖然 MCN-3 的 氮 含 量 較 MCN-1、MCN-2有明顯提高，其C/N原子比在2.3左右，與理論值0.75仍有較大差距。為進一步提高N含量，Talapaneni等［26］采用高N含量的氨基胍鹽作為前驅體，以不同孔徑的SBA-15作為模板，制備得到不同孔徑的介孔氮化碳；其中以150℃晶化制備的MCN-4-150的C/N原子比可達0.56，與理論值較為接近，其比表面積可保持在298cm2/g左右，如圖1（d）所示。而以含有3D雙螺旋大介孔的KIT－6作為模板制備的含有雙孔道體系的介孔氮化碳MCN-6［27］，如圖1（e）所示，有更加豐富的孔道體系，分子在其孔道內的擴散及傳質阻力較小，同時提供更多的反應活性位；以150℃晶化制備的MCN－6-150比表面積達637m2/g，作為堿性催化劑在催化Knoevenagel縮合反應中表現出較高催化活性，反應4h轉化率為95%，選擇性100%。除了采用以上氮化碳前驅體之外，Jun等［28］以SBA-15作為模板，腈胺作為前驅體，制備得到介孔氮化碳（比表面積239m2/g），并將其作為模板及氮源制備得到氮化碳－二氧化鈦復合物，通過焙燒得到氮化鈦－碳的復合物。Park等［29］以SBA-15作為模板，腈胺作為前驅體，制備得到2D-meso-CN 和3D-meso-CN，比表面積可達361和343m2/g，而且3D-meso-CN在常溫及5MPa下的儲氫量明顯高于介孔碳材料。Cui等［30］以硫氰酸銨為前驅體，SBA-15作為模板，制備得到的介孔氮化碳（比表面積可達239m2/g）光催化活性相較于塊狀氮化碳和雙腈胺制備的介孔氮化碳有明顯提高。

圖1 不同硬模板劑制備的介孔氮化碳TEM照片和MCN-1的小角XRD譜Fig.1 TEM photos of mesoporous carbon nitride synthesized from different hard-templates and XRD pattern of MCN-1

微孔氮化碳的制備主要采用分子篩作為模板。Srinivasu等［31］以 MCM-22分子篩為模板，乙二胺和四氯化碳為前驅體，聚合得到花狀微孔氮化碳（Mic-CN-1）材料，其比表面積可達739m2/g，明顯高于模板MCM-22和一般介孔氮化碳的比表面積。Xu等［32］同樣以MCM-22分子篩為模板，乙二胺和四氯化碳為前驅體，聚合得到微孔氮化碳（CN-Mic），并將其作為堿性多相催化劑催化Knoevenagel縮合反應，其催化活性甚至高于一些介孔氮化碳的活性。Liu等［33］選用HZSM-5為模板，乙二胺和四氯化碳為前驅體，制備得到高比表面積（637m2/g）的無定型微孔氮化碳。

綜上所述，選用不同的模板劑可制備得到不同形貌、結構孔徑的氮化碳，使用不同的前驅體可得到不同C/N原子比的材料。以乙二胺和四氯化碳為前驅體制備的氮化碳能較好地復制模板結構，比表面積較高，但N含量較低，C/N原子比很高（見表1）。因此如何制備高比表面積、高N含量的多孔氮化碳材料仍有待進一步研究。

除了采用含孔模板劑通過nanocasting制備高比表面積有序介孔氮化碳之外，采用納米二氧化硅顆粒為模板與含氮前驅體混合制備得到含孔氮化碳，也是提高比表面積的一種方法。Goettmann等［34］以二氧化硅納米顆粒作為模板、腈胺作為前驅體合成了介孔氮化碳，其最大表面積可達439m2/g，作為非金屬固體催化劑對苯環的傅克酰基化反應表現出良好的催化性能。同樣以二氧化硅納米顆粒作為模板，尿素［35］、硫氰酸銨［36］、硫脲［37］等作為前驅體，制備的一系列介孔氮化碳具有較高的吸附及催化性能。另外球狀介孔硅泡沫 （spherical MCFs）［38］、二氧化鈦球［39］、黏土［40］等也被用來作為模板劑制備孔狀氮化碳。

1.2 軟模板法

類似于一些有序介孔二氧化硅、有序介孔碳的合成，采用表面活性劑自組裝的方法制備有序介孔氮化碳，可克服硬模板方法操作繁瑣、制備周期較長 等 缺 點。Wang 等［41］以 Triton X-100、P123、F127、Brij30、Brij58和Brij76為模板劑，以雙腈胺作為前驅體制備了一系列的納米孔氮化碳，發現以Triton X-100制備的樣品的C/N原子比最接近0.75，最大比表面積可達116m2/g。Yan等［42］以P123為表面活性劑、三聚氰胺為前驅體制備的孔狀氮化 碳 的 比 表 面 積 可 達 90cm2/g。Shen等［43］以Triton X-100作為模板劑、三聚氰胺和戊二醛作為前驅體，通過聚合、碳化制備得到雙孔道介孔氮化碳，其中80℃焙燒的樣品的比表面積可達221cm2/g。采用軟模板法時，由于焙燒溫度太高，模板劑在焙燒過程的分解會導致孔結構塌陷，雖然制備的氮化碳材料比表面積有所增加，但相對其模板比表面積仍較低，因此如何進一步增加其表面積仍有待研究。

2 不同形貌氮化碳的制備

理想的石墨化氮化碳（g-C3N4）具有由N連接的tri-s-triazine形成共平面的層狀結構。通常，由含氮前驅體通過熱縮聚方式合成的氮化碳往往是一些聚集的塊狀顆粒或片層狀聚合物，因此比表面積較小。如果能通過調節或改善制備工藝，制備得到一系列不同形貌的氮化碳材料，將對其應用及發展具有重要的意義。類似于將石墨剝離制備石墨烯的工藝，Niu等［44］將雙腈胺為前驅體制備的氮化碳進行熱剝離，制備了厚度大約為2nm的nanosheet；與塊狀氮化碳相比，其比表面積可達306m2/g，同時其光催化性能明顯增加。通過采用不同的模板或改變制備工藝，已制備得到一系列不同形貌的氮化碳量子 點［45－47］、 納 米 線［48］、 納 米 管［49］、 納 米 帶［50－51］、納米棒［52］、納米顆粒［25，53］、納米球［54］、納米簇［55］，如圖2所示。

Liu等［45－47］將乙二胺和四氯化碳、二甲基甲酰胺等一系列含氮前驅體通過微波加熱、透析等一系列操作，制備了具有較好水溶性及熒光性能的氮化碳量子點溶液，如圖2（b）所示，納米顆粒直徑在2～8nm。由于其以液相存在，無法測定其具體的比表面積，但其特有的熒光性能及類過氧化氫酶性能使其在檢測等應用方面表現出獨特性能。通過調節前驅體的熱聚溫度及升溫過程，Zhao等［48，56］、Li等［49］以及Yang等［50］分別以三聚氰胺為前驅體，合成得到氮化碳納米纖維、帶狀和片狀turbostratic氮化碳、納米管以及氮化碳納米帶，如圖2（g）、（d）和（h）所示。雖然關于這些材料的應用研究并不很多，然而它們這些獨特的結構將使其在光催化、光電、藥物傳輸以及作為催化劑載體等領域存在較好應用前景。Li等［52］以陽極氧化鋁作為模板、腈胺為前驅體，通過限域熱縮聚制備得到高結晶度及光催化性能的氮化碳納米棒（CNRs），如圖2（f）所示。相對于縮聚程度較低的氮化碳，CNRs的光催化活性，特別是光氧化水裂解的活性明顯的提高。Jin等［25］和 Groenewolt等［53］分別以超小的介孔硅納米顆粒及介孔硅矩陣為模板、乙二胺和四氯化碳以及腈胺為前驅體，制備得到一系列不同粒徑的氮化碳納米顆粒，其中MCN-3（如圖2（c）所示）第一次作為堿催化劑，對β－酮酸酯的酯交換反應表現出良好的催化性能。

3 石墨化氮化碳材料的應用

作為氮化碳家族中常溫下最穩定的同素異形體，石墨化氮化碳（g-C3N4）由于其類石墨的片層結構及特定的物質組成（僅含C、N 2種元素），使其在某些方面有望成為繼碳之后或可替代碳材料的理想材料，同時作為半導體光催化劑，其獨特的電子帶隙結構使其在光催化、光電領域表現出良好的應用前景。

3.1 在光催化、光電領域方面的應用

由于當前資源的破壞及能源危機的加重，如何高效利用太陽能，將太陽能轉換為其他形式的能量，一直是人們關注的熱點。自從2009年 Wang等［57］報道利用非金屬石墨化氮化碳作為光催化劑在可見光下催化還原水制氫以后，石墨化氮化碳作為半導體光催化劑受到人們的廣泛關注。

光催化是利用光催化劑將太陽能轉化生成化學能的反應過程。傳統的光催化劑往往存在帶隙較大，無法實現對可見光的響應，或具有腐蝕性或毒性等問題，限制了其應用。石墨化氮化碳（g-C3N4）因其較窄的帶隙（≈2.7eV），可實現在可見光范圍內（＜460nm）響應，因此引起人們的廣泛研究。為提高g-C3N4的光催化活性，增加反應的活性位點，Cui等［30］、Hong 等［37］、Chen 等［58］和 Wang 等［59］分別使用SBA-15、納米硅顆粒作為模板，制備得到介孔氮化碳材料，應用于光催化還原水制氫。由于比表面積增加，相較于體相C3N4，光催化還原水制氫的效率可提高大約1個數量級。除利用光催化裂解水制氫外，利用光催化同樣可以實現對一些有機污染物、染料分子的降解。Cui等［36］以硫氰酸銨作為前驅體、硅納米顆粒作為模板制備得到介孔氮化碳，用于降解4－氯苯酚。反應過程中含氧物種H2O2和·OH對于污染物的降解具有重要作用。介孔氮化碳較體相氮化碳活性高的原因，主要由于其高的比表面積及高的光捕獲效率，可在水中激發生成更多的氧自由基。Dong等［60］除了考察氮化碳的光氧化活性之外，同時考察了其光還原活性。將通過直接加熱三聚氰胺和三聚氰胺鹽酸鹽制備得到體相氮化碳和孔狀氮化碳分別對RhB溶液和CO2進行氧化還原，發現孔結構的引入可明顯增加光氧化活性，但卻使光還原活性降低4.6倍。其原因主要是孔結構的引入可增加光生電子及表面活性位，但卻因大量缺陷的存在使電子激發變得困難。

目前，g-C3N4作為光催化領域討論最熱的材料之一，除了將其用于光催化裂解水制氫、降解有機污染物之外，還可將其作為可見光引發劑，用于光催化反應。Zhou等［61］通過電沉積法制備氮化碳敏化的二氧化鈦納米管，將其用于光催化及光電化學應用，表現出較好的光電流響應和光電轉換效率。Zhang等［19］將g-C3N4與石墨烯進行非共價摻雜，使得氮化碳的帶隙結構得到調控，光電流響應明顯加強。Kiskan等［62］將介孔氮化碳作為光引發劑、叔胺作為反應的耦合劑，利用可見光誘導實現了自由基聚合反應。

3.2 在堿催化、吸附領域方面的應用

由C、N元素組成的平面片層結構的g-C3N4，類似于N摻雜的碳材料，由于N元素的存在，使其在堿催化劑領域及酸性氣體、污染物吸附脫除的領域有好的應用前景。2006年，Goetmann等［34］以硅納米顆粒作為模板制備得到介孔氮化碳 mpg-C3N4/0.5，并將其作為非金屬多相固體堿催化劑用于傅克酰基化反應，在庚烷溶液中90℃下該催化反應進行20h后，轉化率可達90%，這對于非金屬固體堿催化的研究和應用具有重要的意義。Jin等［25］和Talapaneni等［27］分別以IBN-4和 KIT-6為模板、乙二胺和四氯化碳作為前驅體，制備了介孔氮化碳MCN-3、MCN-6，分別將其作為堿催化劑催化β－酮酸酯的酯交換反應和苯甲醛和丙二腈的Knoevenagel縮合反應，表現出較高的轉化率和產物選擇性。Xu等［32］以 MCM-22為模板劑、乙二胺和四氯化碳作為前驅體，制備了微孔氮化碳，用于催化Knoevenagel縮合反應，90℃反應4h，轉化率達87%，重復使用5次沒有明顯降低。Ansari等［63］利用硬模板法制備介孔氮化碳，作為非金屬堿性催化劑催化Knoevenagel縮合反應，在微波照射條件下，12min轉化率可達75%以上。Su等［64］利用腈胺作為前驅體制備高比表面積氮化碳，經過tBuOK和KOH溶液的預處理和去質子化作用，該氮化碳對Knoevenagel縮合反應和酯交換反應表現出較高的催化活性。

氮化碳中N元素作為Lweis-堿性位，不僅在催化反應中提供反應活性位，同時對酸性氣體及酸性有機污染物有較強的吸附作用。Haque等［65］和Deng等［16］以SBA-15作為模板、乙二胺四氯化碳作為模板劑，制備得到介孔氮化碳，分別用于吸附苯酚和CO2，表現出較高的吸附量和較好的循環使用性。

3.3 在電催化領域方面的應用

隨著能源危機的加重，燃料電池（Fuel cell）作為一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置，得到人們的廣泛關注。燃料電池中陰極氧還原反應（ORR）對于整個燃料電池的運行具有重要的作用，其中電催化劑是ORR反應的一個重要因素。傳統的堿性燃料電池主要以鉑碳電極作為電催化劑，但由于金屬Pt成本較高，使用過程易損耗且容易被CO鈍化，因此開發類鉑或替鉑基材料具有重要意義。通過量子理論計算和實驗研究發現，含氮碳材料對ORR反應表現出較高的催化活性，由于N原子本身的供電子特性，使得碳矩陣的電子密度增加，同時使得客體分子與碳矩陣的相互作用明顯加強。然而，很多含氮碳材料存在N含量較低、N活性位容易析出等問題，而石墨化氮化碳（g-C3N4）由于其含N量較高、形貌易控制、成本低廉、無毒等特點，被用作非金屬ORR電催化劑。Lyth等［66］考察了g-C3N4的 ORR 催化性能，發現其催化活性雖較純碳明顯提高，但電流密度仍然較小，在與高比表面積炭黑混合后，電流密度可得到明顯提高。與Pt基催化劑相比，由于比表面積較低， 以 及 較 低 的 導 電 性 （≈10－9Sm－1）［57］，g-C3N4的ORR催化活性仍然較低。為提高氮化碳的導電性，Zheng等［67］、Lyth等［68］和 Sun等［69］分別將介孔碳、碳黑和石墨烯引入氮化碳中，與較純的氮化碳相比，其催化活性得到明顯提高。Liang等［70］以硅微孔球作為硬模板，制備得到3維有序大孔氮化碳/碳（g-C3N4/C）復合物，研究g-C3N4/C結構對ORR反應的影響，發現大孔的g-C3N4/C催化劑表現出與Pt/C催化劑相當的電流密度及電勢，而且具有穩定性好、價格低廉、容易制備等優點。Yang等［71］以石墨烯為基底、制備的介孔硅納米片為模板、乙二胺和四氯化碳為前驅體，制備得到氮化碳納米片（CN-nanosheets）和石墨烯/氮化碳納米片（G-CN-nanosheets），發現材料的導電性和吡啶N含量是影響含氮碳材料ORR催化反應的2個重要因素。

3.4 在其他多相催化領域方面的應用

由于石墨化氮化碳獨特的電子及表面結構性質，在光催化及燃料電池等方面之外的其他多相催化領域也被廣泛應用。Zhang等［72］以介孔氮化碳為載體，制備得到FeCl3/mpg-C3N4材料，并將其用于苯的選擇性氧化反應。該反應以過氧化氫作為氧化劑，在可見光照射下，氮化碳激發產生的e－與Fe3＋反應生成Fe2＋，Fe2＋與H2O2反應生成·OH，從而實現苯環的羥基化，生成苯酚。Su等［73］制備了介孔氮化碳（meso-g-C3N4），利用g-C3N4表面堿性位及半導體光催化性能，將其作為光催化劑活化O2分子形成·O－2來選擇性氧化苯甲醇生成苯甲醛，選擇性可高達99%。同時此催化體系可用于其他醇類選擇性氧化生成相應醛或酮。利用氮化碳表面的Lewis堿性位、Br?nsted堿性位以及富電子結構，研究人員以介孔氮化碳為載體負載金屬Pd，實現了對苯酚［74］、苯乙炔［75］、喹啉［76］的選擇性還原加氫。此外，氮化碳可以通過生成氨基甲酸酯而吸附、固定、活化CO2分子，例如Goettmann等［77］采用介孔氮化碳將CO2活化生成O¨雙自由基和CO，從而將苯氧化生成苯酚。Min等［78］采用nanocasting方法，以尿素和甲醛為前驅體制備得到介孔氮化碳（UF-MCN），利用其活化CO2用于環狀烯烴（環戊烷、環己烷、環辛烷）的氧化反應。定量測定發現，環狀烯烴的轉化率和產物環氧化物的選擇性隨環的增大而增加，環狀烯烴的轉化率在65%～80%，環氧化物選擇性可達40%以上，甚至90%。

除作為反應催化劑和載體之外，介孔氮化碳還被用來作為模板，負載金屬粒子后焙燒制備金屬氮化物。在焙燒過程中，g-C3N4逐漸分解提供氮源，將金屬鹽或金屬氧化物轉化成金屬氮化物。Fischer等［79－82］采用此方法，以介孔氮化碳作為反應模板和氮源，將TiO2、Ga2O3、V2O3、Nb2O5以及Al2O3等金屬氧化物轉換成TiN、GaN、VN以及三元Al-Ga-N、Ti-V-N等氮化物。Yuliati等［83］以 TaCl5為前驅體制備得到氮化鉭納米顆粒，通過改變氣氛，得到純相Ta3N5，其在光催化裂解水反應中具有較高催化活性。

4 結 論

作為類石墨材料，g-C3N4由于其獨特的電子帶隙結構及表面組成性質而被廣泛應用。作為多功能非金屬催化劑，g-C3N4不僅在光催化領域具有較高的催化活性，在多相催化領域，例如CO2的活化、還原、堿催化、選擇性氧化等領域，也表現出較高的催化活性。通過與一些碳基材料復合，克服自身導電性較差等缺點，從而在燃料電池ORR反應中表現出較高的活性，同時也為開發一些類似的非金屬ORR電催化劑奠定基礎。采用硬模板法或軟模板方法，可制備得到比表面積較大的多孔氮化碳材料，同時也可以通過調節或改變含氮前驅體的縮聚過程，制備不同形貌、粒徑的氮化碳。然而對于催化反應中氮化碳具體的納米結構與催化機理、擇形選擇性之間的關系仍有待具體研究。隨著理論計算與實驗研究的不斷發展，開發更加經濟高效的非金屬多相催化劑，將對催化、傳感、電池等領域的發展具有重要的意義。

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