钒酸铋(BVO)可用于光电化学(PEC)水解产氢, 但受限于其缓慢的表面水氧化动力学, 在电极表面修饰单一的析氧助催化剂达不到理想的性能。本工作在BVO电极表面修饰FeNiO_x助催化剂可以显著降低起始电压, 增强光电化学性能。此外, 沉积g-C₃N₄后修饰FeNiO_x助催化剂得到的光电极具有更优异的性能。厚度适合的g-C₃N₄纳米片与BVO构成Ⅱ型p-n异质结, 有效抑制了光生电子空穴的复合, 促进了电极的电荷分离。电化学测试结果表明, 沉积了g-C₃N₄后, 电极的电荷分离效率达到88.2%, 比BVO/FeNiO_x (60.6%)提升了近1.5倍。经过g-C₃N₄和FeNiO_x协同修饰的BVO/g-C₃N₄/FeNiO_x电极, 表面电荷注入效率达到了90.2%, 同时, 在1.23 V (vs. RHE)条件下光电流密度达到4.63 mA∙cm^-2, 是纯BVO (1.86 mA∙cm^-2)的2.48倍。本工作为开发制备高性能光阳极提供了一种有效的策略。

Developing low-cost, efficient, and stable photocatalysts is one of the most promising methods for large-scale solar water splitting. As a metal-free semiconductor material with suitable band gap, graphitic carbon nitride (g-C₃N₄) has attracted attention in the field of photocatalysis, which is mainly attributed to its fascinating physicochemical and photoelectronic properties. However, several inherent limitations and shortcomings—involving high recombination rate of photocarriers, insufficient reaction kinetics, and optical absorption—impede the practical applicability of g-C₃N₄. As an effective strategy, vacancy defect engineering has been widely used for breaking through the current limitations, considering its ability to optimize the electronic structure and surface morphology of g-C₃N₄ to obtain the desired photocatalytic activity. This review summarizes the recent progress of vacancy defect engineered g-C₃N₄ for solar water splitting. The fundamentals of solar water splitting with g-C₃N₄ are discussed first. We then focus on the fabrication strategies and effect of vacancy generated in g-C₃N₄. The advances of vacancy-modified g-C₃N₄ photocatalysts toward solar water splitting are discussed next. Finally, the current challenges and future opportunities of vacancy-modified g-C₃N₄ are summarized. This review aims to provide a theoretical basis and guidance for future research on the design and development of highly efficient defective g-C₃N₄.

通过水热法合成了钛羟基磷灰石(TiHAP)与g-C₃N₄复合光催化剂(TiHAP@g-C₃N₄), 并对其结构和光学特性进行表征, 通过甲基橙(MO)降解实验评价其光催化活性。结果表明：样品中短棒状TiHAP生长在g-C₃N₄表面, 均保持原有晶型和化学结构; 制备的TiHAP@g-C₃N₄纯度高, 比表面积达107.92 m²/g, 较TiHAP、g-C₃N₄分别增大约135%、44%; 在TiHAP@g-C₃N₄添加量为1.0 g/L、pH 7条件下, 120 min内MO降解率达96.35%; 3次循环实验降解率保持在80.02%以上, TiHAP@g-C₃N₄光催化性能良好且结构稳定。空穴(h⁺)在MO降解过程中作用最大, ·O₂^-与·OH的作用递减。TiHAP@g-C₃N₄异质结的构建, 增强了对光的吸收, 提高了光生电子-h⁺的分离效率, 保留了氧化还原性更强的TiHAP价带h⁺和g-C₃N₄导带电子, 从而提升了光催化性能。

近年来, 利用石墨氮化碳(g-C₃N₄)光催化法将易溶的U(VI)还原为难溶的U(IV)来清除铀, 已逐渐成为放射性核素研究的热点。本研究将一种含金属钴的金属有机框架材料(MOFs)作为自牺牲模板, 利用简单热共聚法成功合成了含有Co-N_x构型的CoN_x/g-C₃N₄催化剂。在固液比为1.0 g/L、pH 5.0、可见光照射45 min下, 制备的催化剂(w(Co-MOFs) : w(g-C₃N₄)=1 : 1)对50 mg/L的U(VI)标准溶液还原率达到100%。从形貌, 微观结构和光学性能等方面对催化剂进行了表征,结果显示, 引入Co有效拓宽了g-C₃N₄对可见光的吸收范围, 抑制了光生电子与空穴的复合, 从而促进了U(VI)的还原反应。此外, 基于捕获实验深入探究了U(VI)在CoN_x/g-C₃N₄材料表面催化可能的反应机理。研究表明, CoN_x/g-C₃N₄复合光催化剂光学性能优异, 制备方法简单且绿色环保, 对放射性废水中的U(VI)的光催化还原去除效果较好。本工作对后续石墨氮化碳类新型材料的设计、合成与实际应用具有一定的参考作用。

光催化剂失活是影响其在去除低浓度VOCs的实际应用中的主要因素之一。本研究将TiO₂与2D石墨碳氮化碳(g-C₃N₄)复合, 显著提高了光催化剂的稳定性。当Ag改性的Ag-TiO₂(AT)用于降解乙醛气体时, 反应60 min后开始发生失活现象, 反应延长至400 min则完全失活。而AT与g-C₃N₄复合改性后的样品g-C₃N₄/ Ag-TiO₂(CAT)具有优异的光催化性能和稳定性, 反应至600 min未发生失活。原位FT-IR、PL和光电流的研究表明, 当AT催化降解乙醛时, 反应中间体会在表面积累导致催化剂失活。而引入的g-C₃N₄可以为中间体提供更多的吸附位点, 从而提高稳定性。此外, 引入g-C₃N₄还有利于电荷分离和产生活性氧物种, 促进乙醛和中间体降解。本研究揭示了2D材料在开发稳定可持续降解VOCs的光催化剂方面的实用性。