氮化碳（CN）由于其卓越的化学和光电特性,受到了从超硬材料领域到人工光合成等领域的广泛关注。从分子结构来看,CN这类材料可以被视为石墨的一种类似物,其中一些C原子有规律地被N原子取代。有趣的是,二维骨架中N原子掺杂极大地丰富了碳材料的特性,不仅可赋予其独特的表面性质,而且还能够调控电子能带结构以实现光电转换。在此基础上,CN材料展示了广泛的应用前景,从光催化水分解、CO2还原、小有机分子的氧化到光电化学和电化学发光传感等。值得注意的是,研究最多的石墨相CN（g-C3N4）以及其他化学计量的CN,例如C3N,C2N和C3N5等材料通常采用六元环作为基本重复单元,以五元环为重复单元的CN材料鲜有报道。与之形成鲜明对比的是,五元环在天然和人工分子中也很常见,它们具有更加极化的最高占据分子轨道和独特的反应活性。因此,本文主要研究了五元环CN小分子作为重复单元的可行性,报道了一种基于五元环拓扑结构的CN材料C3N2的合成、性能和应用研究。主要研究内容如下:1.通过筛选前驱体,经前驱体沸石咪唑骨架中断裂Zn-N键产生的咪唑分子的聚合反应,成功合成了一种新型C3N2材料。使用热重-质谱分析了前驱体碳化产生C3N2的过程,结合第一性原理密度泛函理论计算证明了咪唑分子聚合过程的合理性。选择紫外-可见-近红外图谱和莫特-肖特基曲线的方法,明确了材料的能带信息。在实验和理论计算两方面都验证了C3N2中独特的拓扑结构和结构中悬挂键对能隙的响应,这使得与研究最多的g-C3N4（约2.7 e V）相比,第一电子激发能大大缩小到了从未报道过的0.81 e V。前驱体借助金属有机骨架中配体和金属离子配位键的稳定作用,构建具有新拓扑结构CN材料的方法不仅避免了苛刻的实验条件（例如高压）,而且大大拓展了其它化学计量比的CN材料的合成思路。2.得益于新颖拓扑结构中π→π*跃迁更低的激发能和丰富的悬挂键,在红外光（808nm）照射下,与研究最多的g-C3N4相比,C3N2在水溶液体系中表现出更强的光电流和更宽的吸收范围,是一种对光子能量利用更高的CN材料,并且C3N2具有良好的生物相容性。鉴于目前很少有报道能够成功的实现近红外光响应的光电化学生物传感系统,C3N2光电极首次应用于可见光难以通过的非透明全血生物样品,成功检测了血液中外源性小分子抗坏血酸浓度的变化,为更具挑战的活体原位光电化学传感的研究迈出了第一步。