基于g-C3N4的光催化剂系统在水净化方面的研究进展

蔡强，唐镭，徐思俊，但金龙，白瑞，宋梦雨，杨若男，黄夕芸，周佳雯

(1.重庆工商大学 环境与资源学院，重庆 400067；2.北京建工环境修复股份有限公司，北京 100015)

从2009年以来，石墨碳氮化物(g-C3N4)作为一种用于光催化制氢的n型无金属聚合物半导体后，渐渐地成为了热点[1]。与传统的半导体(例如TiO2和ZnO)相比，g-C3N4具有二维(2D)分层结构和π共轭体系，并且具有适中的能隙(～2.7 eV)[2]，使其具有光电性能，高化学稳定性和良好的可见光吸收性。

现在，本文提供了基于g-C3N4的光催化剂在环境应用中的可见光响应的更新概述。 首先介绍了基于g-C3N4的光催化降解的基本机理。随后，讨论了基于g-C3N4的多组分体系，包括金属/g-C3N4异质结构、无机半导体/g-C3N4纳米杂化、g-C3N4/C基材料杂化、各种复杂杂化等。 最后，简要介绍了一些有启发性的想法，供将来研究基于可见光的g-C3N4基光催化剂的开发。

1 基于g-C3N4的光催化的基本原理

1.1 光降解机制

作为n型半导体，g-C3N4在水溶液中的光催化机理十分清楚，主要遵循非均相催化的基本原理。传统上，非均相催化的整个过程主要包括五个步骤[3]：①反应物从体相到内表面的质量转移；②将反应物吸附到催化剂表面上；③在催化剂上发生的反应；④反应产物的解吸；⑤从界面相中除去中间产物和最终产物。光催化反应的主要过程始终以可见光为能源出现在催化剂表面(第3步)。

在光催化过程中，g-C3N4被吸收大于g-C3N4的能隙(Eg)(～2.7 eV)的能量(hυ)的光子直接激发，并且由于e-从其价带(VB)到导带(CB)的转移导致光致电子-空穴对(e--h+)的产生[4]。g-C3N4的适度Eg决定了其对可见光的良好光响应。……