澳门大学潘晖教授团队在ChemSusChem期刊发文，报道了一种新型的二维狄拉克节点线碳氮材料C₄N₄。作者通过DFT理论计算，预测了这种狄拉克线材料的电子性质，并且揭示了其在单原子催化中的潜在应用。

近年来，二维碳氮(2DCN)材料已经成为除石墨烯以外的一类重要的二维材料。由于2DCN具有多样性的结构和电子性质，使得2DCN材料在能源和环境领域具有巨大的应用潜力，如光催化、电催化、锂离子电池等。到目前为止，各种2DCN材料已经在实验中实现，例如， g-C₃N₄， C₂N，C₃N等。此外，理论上也预测了大量的2DCN材料，如C₃N₂、C₃N₃，C₄N，C₄N₃，C₆N，C₆N₇，C₉N₄ 等。节点线是一种新型的量子态，其导带和价带在费米能级上交叉形成一个连续的狄拉克环，这种节点线结构在费米级附近具有非常高的载流子迁移率，在高速电子器件中有重要的应用。然而，在2DCN材料中，只有一个2DCN结构(C9N4)，具有节点线半金属特性。因此，需要更多的努力来设计新型的具有节点线性质的2DCN材料。

鉴于此，澳门大学潘晖教授团队利用密度泛函理论计算，预测了一种新型的二维狄拉克节点线碳氮材料C₄N₄。预测的C₄N₄材料，在结构上具有四个N原子形成规则的多孔结构；在性质上表现出各向异性的机械特性和电学特性。节点线主要是由于C原子的pz轨道和N原子的px/y轨道组成。另外，二维C₄N₄具有高的电子迁移率和多孔结构，这对于锚定单原子，在电催化领域具有广泛的应用前景。作者基于热力学和微动力学模拟，预测Fe, Co- C₄N₄表现出优秀的氧还原反应(ORR)活性，具有较高的半波电位，分别为0.90和0.89V。该研究不仅丰富了具有节点线半金属特性的2DCN结构，而且揭示了其在单原子催化领域的潜在应用。

论文信息：

2D Dirac nodal line carbon nitride (C4N4) to anchor single atom catalyst for oxygen reduction reaction

Feifei Li, Haoqiang Ai, Dr. Shiying Shen, Jiazhong Geng, Prof. Kin Ho Lo, and Prof. Hui Pan

文章通讯作者是澳门大学潘晖教授，第一作者是在读博士研究生李菲菲。

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202102537