利用地球储量丰富且不会造成二次污染的非金属元素（如C、N、O等）制备性能优异的光催化材料，是实现太阳能清洁转换的理想途径。石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种独特的2D层状非金属材料，其能带结构非常适合光催化分解水中的产氢和产氧两个关键半反应步骤，同时兼具合成方法简便、热稳定性良好等优点，因此被普遍视为具有广阔应用前景的光催化材料，在光催化分解水产氢、人工光合成、有机污染物降解以及二氧化碳还原等领域具有重要的研究价值。
然而目前g-C3N4在光催化反应中仍然面临禁带宽度较宽等问题的困扰。采用热解法合成的g-C3N4通常具有较宽的禁带宽度（~2.7 eV），仅能吸收可见光中很少部分的短波长光。如何对其能带结构进行调控，进而拓宽可见光的吸收能力，充分利用占太阳能总能量>40的可见光部分成为该领域的研究热点之一。研究发现，在g-C3N4的三嗪结构单元中引入氮缺陷是解决上述问题的有效途径之一。但已报道的引入氮缺陷的方法通常涉及多步操作以及苛刻的反应条件（如还原氛围下高温处理等），实验过程危险且难以大规模应用。更重要的是，其产生缺陷多为不均匀的表面缺陷，而且缺陷程度难以调控，这对于精确调控g-C3N4的能带结构是十分不利的。
中科院理化所张铁锐团队成功通过简便的碱辅助一步合成方法制备出氮缺陷程度可控的g-C3N4材料。这种新的合成方法随着原料比的变化可以得到一系列不同氮缺陷浓度的g-C3N4样品，禁带宽度可以在2.7-2.3 eV间进行连续可控的调节，极大地拓宽了g-C3N4的可见光吸收能力。有别于以往报道的多步法造成的吸收带边非整体红移现象（如严重的吸收拖尾或肩峰），该方法合成的g-C3N4吸收带边表现出整体红移的趋势，得益于合成中原位引入的氮缺陷可以渗透到体相之中，而非传统意义上的表面缺陷。该合成方法具有良好的通用性，文中尝试了分别以多种碳源（尿素、硫脲、三聚氰胺等）和碱源（氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡等）为合成原料，均得到了相似的结果。
基于可控的氮缺陷浓度对g-C3N4能带结构的调控作用，材料的可见光吸收能力得到大幅度改善，使可见光催化产氢的速率得到巨大提升。该工作通过理论与实验相结合的方法建立了g-C3N4中氮缺陷与能带结构以及催化活性间的联系。这种简单普适的合成方法将对g-C3N4及其他碳基非金属催化材料的缺陷调控研究提供新的思路。该研究工作以通讯形式发表在Advanced Materials 上，并于当期封底（back cover）向读者作重点介绍。
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