C3N4（石墨相氮化碳）作为一种新型的非金属光催化剂，因其独特的结构和优异的光催化性能，近年来在光催化领域引起了广泛关注。它不仅在可见光下具有良好的响应能力，而且在环境治理、能源转换等方面展现出巨大的应用潜力。本文将从C3N4的制备方法、光催化性能、改性策略及其在实际应用中的表现等方面进行详细探讨。
C3N4的制备方法主要包括直接加热法、模板法、溶剂热法等。其中，直接加热法是一种简单且成本较低的方法，通过将三聚氰胺在高温下加热分解，可直接得到g-C3N4。此外，通过控制升温速率和保温时间，可以调控g-C3N4的晶体结构和形貌。例如，齐雪梅等人通过马弗炉在空气氛围下高温分解尿素制备了具有高效可见光催化活性的类石墨烯g-C3N4。此外，模板法和一步水热法也被广泛用于制备具有特定形貌和结构的C3N4材料。
C3N4具有良好的光催化性能，主要体现在其对有机污染物的降解、水解制氢、二氧化碳还原等方面。例如，Shi Yan等人通过直接加热法合成的g-C3N4在可见光下对甲基橙（MO）的降解性能良好，且通过Ag负载可进一步提高其催化活性。此外，Yamei Pang等人研究了Pt单原子负载在C3N4上的光催化性能，发现Pt SAs/C3N4在光催化产氢反应中表现出最高的产氢量（573.6 μmol h⁻¹）。
在实际应用中，C3N4在可见光驱动下的光催化降解性能也得到了广泛研究。例如，Jiexi Zhong等人在模拟太阳光照射下，研究了g-C3N4对难降解微量污染物的催化性能，发现其在前三个循环中光催化效率几乎保持不变，但随着循环次数的增加，效率逐渐下降。此外，C3N4在可见光下对罗丹明B的降解率可达90%。
为了进一步提高C3N4的光催化性能，研究人员开发了多种改性策略，包括掺杂、复合、结构调控等。
掺杂是提高C3N4光催化性能的有效手段。例如，Fe掺杂g-C3N4可以显著增强其对可见光的吸收能力，并降低光生电子-空穴对的复合几率。金瑞瑞等人研究发现，当Fe掺杂量为0.14%时，Fe掺杂g-C3N4对罗丹明B的降解率高达99.7%，是纯g-C3N4的3.2倍。此外，N和F共掺杂C3N4（NF-C3N4）也表现出优异的光催化性能，其对Cr（Ⅵ）的还原速率是C3N4的2.6倍。
C3N4与其他材料复合可以形成异质结，从而提高光催化性能。例如，Bi2WO6/g-C3N4复合型光催化剂在可见光下表现出更高的催化活性，且性能稳定、易回收。此外，Co-L/C3N4复合催化剂在合成4-羟基苯甲醛的过程中表现出优异的催化性能，其转化率可达94.0%，选择性可达77.6%。
NiO-g-C3N4、V2O5-g-C3N4、MoO3-g-C3N4等金属氧化物复合材料在可见光下对多种污染物的降解性能也得到了验证。
通过调控C3N4的微观结构，如纳米化、多孔化等，可以提高其比表面积和光生载流子的分离效率。例如，N和F共掺杂C3N4呈多孔状，比表面积增大，光生电荷的生成、分离和转移均被促进。此外，通过控制升温速率和保温时间，可以调控g-C3N4的晶体结构和形貌。
C3N4在实际应用中展现出良好的前景，尤其是在环境治理和能源转换领域。
C3N4在可见光下对多种有机污染物的降解性能良好。例如，C3N4对罗丹明B、甲基橙、四环素等污染物的降解率均较高。此外，C3N4在可见光驱动下对Cr（Ⅵ）的还原性能也表现出良好的应用潜力。
C3N4在可见光下对抗生素的降解性能也得到了研究，如Ciprofloxacin的降解性能可通过添加Tetrakis (acetonitrile) copper(I) hexafluorophosphate作为高效共催化剂进一步提高。
C3N4在光催化产氢和二氧化碳还原方面也表现出良好的性能。例如，Pt SAs/C3N4在光催化产氢反应中表现出最高的产氢量（573.6 μmol h⁻¹）。此外，C3N4/WO3复合催化剂在常温常压下对环己烷氧化为环己酮的催化性能也得到了验证。
C3N4作为一种新型的非金属光催化剂，因其独特的结构和优异的光催化性能，已成为光催化研究的热点。通过掺杂、复合、结构调控等策略，可以显著提高其光催化性能。
C3N4在可见光下对多种有机污染物的降解、水解制氢、二氧化碳还原等方面表现出良好的应用前景。尽管仍面临一些挑战，但随着研究的深入和技术的进步，C3N4有望在未来的可持续发展中发挥重要作用。
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