g-C3N4基异质结的光催化应用研究进展

杨思琪，郑永杰，张宏瑞，赵云鹏，田景芝

(1.齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，齐齐哈尔 161006；2.齐齐哈尔市检验检测中心，齐齐哈尔 161005)

0 引 言

近年来，能源短缺和环境污染问题引起了全世界的广泛关注[1]。为保证人类的可持续发展，迫切需要开发可再生能源和去除污染的绿色技术。在现有的技术中，半导体光催化技术具有巨大的发展潜力[2]。半导体光催化技术是指在光的照射下，将光能转化为化学能，并促进有机物的合成或降解的过程。光催化反应分为三个基本过程：(1)当光照射半导体纳米粒子的能量大于或等于其带隙能时，产生电子空穴对；(2)纳米材料中的缺陷和悬键俘获电子和空穴，并将它们扩散到微粒表面；(3)光生电子和空穴吸附催化剂表面的物质发生氧化还原反应[3]。因此，上述三个过程的改进对提高光催化性能具有重要作用。早在1972年，两位光催化反应的开拓者Fujishima和Honda[4]报道了在n型半导体TiO2电极上光致分解水能生成O2和H2。但TiO2仅对紫外线吸收较好，可见光利用率很低[5-6]，导致光催化剂的实际应用受到限制。

石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种新型的非金属n型半导体光催化材料，g-C3N4中的C和N原子以sp2杂化形成高度离域的π共轭体，通过叔胺连接的三s-三嗪独特的二维结构(见图1)，使其具有较高的热稳定性和化学稳定性[7]。g-C3N4的禁带能量为2.7 eV，光电转换更容易，可直接被可见光激发[8-9]。太阳能驱动的g-C3N4光催化剂可用于分解水制氢，降解有机污染物，将CO2还原为有机燃料，或将太阳能转换为其他形式的能源等，在环保领域具有较好的应用前景[10]。但是由于g-C3N4比表面积较小，在460 nm处吸收蓝光，导致可见光利用率较低，光生电子和空穴容易复合，光催化活性较低。近些年，研究者们已经采用了各种方法以提高g-C3N4的光催化效率，如形貌调控、元素掺杂、贵金属沉积和异质结的构建等。单组分光催化剂很难具有宽的光吸收范围、快速的电荷分离以及强的氧化还原能力，可以通过将g-C3N4半导体与一种或多种不同的半导体组合成异质结来调整光催化剂的特性，从而制备优良的复合光催化剂。g-C3N4基异质结的构建实现了太阳能的高效利用，提高了载流子的分离效率和光催化活性[11-13]，并在光催化领域表现出巨大的潜力。

图1 g-C3N4的三s-三嗪的二维结构示意图[7]Fig.1 Tri-s-triazine-based two-dimensional structure of g-C3N4[7]

本文综述了g-C3N4基异质结光催化剂的设计及其对光生空穴的分离和转移机制的研究，以及在环境污染和能源问题中的应用。最后总结了g-C3N4基异质结催化剂目前存在的问题，并对今后的研究重点和方向进行展望。

1 g-C3N4基异质结的类型

构建g-C3N4异质结是将g-C3N4与窄带隙光催化剂耦合，不仅可以促进光诱导电荷转移，还提高了可见光利用率和光催化性能[14-16]。根据其电荷转移路径的不同，可分为Ⅱ型异质结、Z型异质结、S型异质结、p-n异质结和肖特基异质结。本文重点介绍了g-C3N4基Ⅱ型异质结、g-C3N4基Z型异质结和g-C3N4基S型异质结。

1.1 g-C3N4基Ⅱ型异质结

通过在两种半导体光催化剂之间构建特殊的接触界面，以及能带结构的交错，以促进光诱导电子和空穴的分离，这是传统的Ⅱ型异质结[17]。如图2(a)所示，在Ⅱ型异质结的转移路径中，当材料受外界光辐射激发时，光催化剂Ⅰ(PC Ⅰ)与光催化剂Ⅱ(PC Ⅱ)产生光生电子-空穴对，随后PC Ⅱ导带(conduction band, CB)上的电子将转移到PC Ⅰ上，同时PC Ⅰ价带(valence band, VB)上的空穴会转移到PC Ⅱ上，实现光生电子-空穴的分离。g-C3N4的CB电位通常在-1.1 eV，比一般的半导体催化剂更负，因此在可见光的照射下，其CB上的光激发电子可以快速迁移到更高电势的另一个半导体催化剂的CB上，同时空穴以相反路径传输。

图2 不同类型的g-C3N4异质结。(a)Ⅱ型异质结；(b)Z型异质结电荷转移机制；(c)具有交错带结构的S型异质结Fig.2 Different types of g-C3N4 heterojunction. (a) Type Ⅱ heterojunction; (b) charge transfer mechanism of Z-type heterojunction; (c) S-type heterojunction with intersecting zone structure

TiO2以其价格低廉、储量丰富、结构稳定等优点成为光催化领域最受关注的半导体材料之一。作为光催化领域最早研究的材料，从未退出研究前沿。Zhong等[18]通过原位溶剂热法构建了键合氧化g-C3N4/TiO2(O-g-C3N4/TiO2)Ⅱ型异质结光催化剂。图3的DFT计算表明，g-C3N4/TiO2复合材料可以综合两组分的优点，比如O-g-C3N4的高可见光利用率和TiO2大的比表面积，并且形成的N—O—Ti共价键增加了TiO2和2D O-g-C3N4之间的相互作用和协同效应。因此，最佳g-C3N4/TiO2复合材料的光催化性能是TiO2和O-g-C3N4物理混合物的6.1倍。

图3 O-g-C3N4/TiO2 Ⅱ型异质结光催光剂。(a)氧化引入的官能团；(b)g-C3N4上不同的氮位点；(c)O-g-C3N4和TiO2单体之间的键合模式；(d)所选的键和模式的ΔG(kcal/mol)[18]Fig.3 O-g-C3N4/TiO2 type-Ⅱ heterojunction photocatalyst. (a) The functional groups introduced by mild oxidation; (b) different nitrogen sites on g-C3N4; (c) bonding modes between O-g-C3N4 and TiO2 monomer, and (d) ΔG of selected bonding modes (kcal/mol)[18]

金属硫化物因其具有合适的能带结构，优异的光催化性能也被认为是重要的光催化材料之一。CdS和g-C3N4都是构建异质结的潜在光催化剂，均具有合适的带隙结构和费米能级。Fiqar等[19]采用化学沉淀法制备了0D/2D CdS/g-C3N4Ⅱ型异质结光催化剂，如图4所示，在不添加助催化剂的情况下，最佳0D/2D g-C3N4/CdS的产氢率是CdS的19倍，光催化性能的显著增强与构建的Ⅱ型异质结有关，2D g-C3N4和0D CdS之间的紧密接触界面，能增强光生电子空穴对的分离，促进界面电荷转移，从而触发光催化反应。

图4 0D/2D CdS/g-C3N4 Ⅱ型异质结光催化剂。(a)光催化产氢量；(b)制备的催化剂的产氢速率；(c)g-C3N4和CdS的能带结构图；(d)g-C3N4/CdS的电荷转移机制[19]Fig.4 0D/2D CdS/g-C3N4 type-Ⅱ heterojunction photocatalyst. (a) Photocatalytic hydrogen production; (b) hydrogen production rate of the prepared catalyst; (c) band structure of g-C3N4 and CdS; (d) charge transfer mechanism of g-C3N4/CdS[19]

在Ⅱ型异质结中，特殊的电荷转移路径提高了电子和空穴的分离效率，但削弱了光诱导电荷的氧化还原能力，Z型异质结构可以克服在转移过程中降低光诱导电荷的氧化还原能力的缺点，具有低还原能力的电子与具有低氧化能力的空穴一起猝灭，Z型异质结的高氧化还原能力使太阳能被合理利用。因此，具有这种特殊电荷转移模式的Z型异质结对实际光催化反应极为有利。

1.2 g-C3N4基Z型异质结

Z型异质结的电荷转移路径与Ⅱ型异质结有明显的区别，如图2(b)所示，PC Ⅰ和PC Ⅱ都能在可见光的照射下产生电子和空穴，PC Ⅰ中的CB产生的电子将通过形成的异质结或者特殊的电子介体转移到PC Ⅱ的VB中，与PC Ⅱ的空穴发生耦合。因此，具有强还原性的光生电子和强氧化性的空穴分别保留在PC Ⅱ的CB中和PC Ⅰ的VB中[20-22]。这种特殊的电荷转移路径不仅能有效分离光诱导电荷，而且能保持电荷的强氧化还原能力，从而增强光催化活性。

1979年，Bard[23]基于天然绿色植物的光合作用，首次提出了构建Z型异质结并应用于液相光催化反应中，做出了开创性的工作。其特殊的电荷转移路径不仅能有效分离光诱导电荷，而且能保持电荷的氧化还原能力，但反应过程中需要依赖于氧化还原电子介质，其中氧化还原介质吸入部分入射光，使半导体的光吸收降低。因此之后逐渐被全固态Z型异质结取代，2006年，Tada等[24]首次提出了全固态Z型异质结的概念，其在光催化体系中，需要用固体导电材料作为电子介质，其电荷可直接通过固-固非均相界面传输，缩短了传输距离，增强光催化性能。2013年，在全固态Z型异质结的基础上，Yu等[25]首次提出了直接Z型异质结，与其他Z型异质结最大的不同是，光诱导电荷转移无需任何介质，可直接在固-固界面之间转移。

铋基半导体具有较好的结构稳定性，可见光响应及合适的能带结构，所以在g-C3N4中引入Bi基光催化剂构建直接Z型异质结，其优异的性能引起了广泛关注。Wang等[26]采用溶剂热法将β-Bi2O3纳米片均匀地生长在g-C3N4的表面上，合成直接Z型异质结光催化剂β-Bi2O3/g-C3N4，通过降解罗丹明B(RhB)和对硝基苯酚(PNP)来探究光催化性能，β-Bi2O3/g-C3N4对PNP的降解在300 min后其降解率为71.6 %，对RhB的降解在120 min后其降解率为94.8%，其降解率是g-C3N4的7.1倍。根据XPS结果分析，PL强度的增加可以用直接Z型异质结来解释，如图5所示，在可见光照射下，β-Bi2O3和g-C3N4都能被可见光激发产生e-/h+对，g-C3N4的VB上的h+与β-Bi2O3的CB上的e-重新结合，g-C3N4的CB上的e-和β-Bi2O3的VB上的h+被保留，从而保持了强大的氧化还原能力。β-Bi2O3/g-C3N4复合材料形成的一种新的直接Z型异质结，可实现更有效的电荷分离和转移，使光催化性能得到提升。

图5 β-Bi2O3/g-C3N4的SEM照片(a)及其电荷转移机制(b)[26]Fig.5 SEM image (a) and charge transfer mechanism (b) of β-Bi2O3/g-C3N4[26]

在各种多金属氧化物光催化材料中，钙钛矿氧化物具有稳定的结构。钛基钙钛矿氧化物NiTiO3具有高稳定性、合适的禁带、良好的电子传输和离子导电性，与g-C3N4结合形成NiTiO3/g-C3N4多相光催化剂。Guo等[27]通过简单的煅烧方法构建了直接Z型NiTiO3/g-C3N4(NT/GCN)异质结光催化剂，以提高CO2的光还原效率，在优化条件之后获得NT/GCN40，无需任何牺牲剂和助催化剂情况下，CH3OH的最高产率为13.74 μmol·g-1·h-1。如图6所示，在可见光照射下，NiTiO3的CB上的e-迁移到界面，与g-C3N4的VB上的h+结合，抑制h+的复合，并导致h+和e-分别在NiTiO3的VB和g-C3N4的CB上，使CO2光催化还原活性增加了3.29倍。通过能带电位和电子自旋共振(electron spin resonance, ESR)分析，证明光催化活性增强与构建直接Z型异质结构有关，独特的结构可以增强电子-空穴对的空间分离，抑制空穴的复合，保持较强的氧化还原能力。

图6 NT/GCN Z型异质结反应机理示意图[27]Fig.6 Schematic diagram of reaction mechanism of NT/GCN Z-type heterojunction[27]

图7 LCB三元纳米复合材料中CIP在可见光照射下可能发生的电荷转移和降解示意图[28]Fig.7 Schematic diagram of charge transfer and degradation of CIP in LCB terpolymer nanocomposites under visible light irradiation[28]

1.3 g-C3N4基S型异质结

S型异质结的内置电场、能带弯曲和库仑相互作用促进了有效电子和空穴的保存，以及光生载流子的复合。S型异质结是由两种n型半导体组成，通过还原光催化剂(具有高CB电位的PC Ⅱ)和氧化光催化剂(具有高VB电位的PC Ⅰ)之间的紧密接触来构建S型异质结构。S型异质结构的电荷转移机制如图2(c)所示，接触前与PC Ⅰ相比，PC Ⅱ具有较高的CB、VB位置和较小的功函数，接触时，电子从PC Ⅱ扩散到PC Ⅰ，同时形成内部电场，随着驱使费米能级相等，PC Ⅰ和PC Ⅱ分别发生了向上和向下弯曲，这种能带弯曲有利于PC Ⅰ中的电子和PC Ⅱ的VB中的空穴的结合。因此，PC Ⅱ的CB中具有高氧化还原电位的电子和PC Ⅰ的VB中的空穴被保留[29-31]。设计新型S型异质结光催化对于研究电荷转移和分离的机理有极大的帮助。

图8 Bi7O9I3/g-C3N4/Bi3O4Cl三元光催化体系。(a)Bi7O9I3、g-C3N4和Bi3O4Cl的能级图；(b)Bi7O9I3、g-C3N4和Bi3O4Cl之间的界面能带弯曲图和界面电子转移；(c)双S型异质结BOI/GCN/BOCl异质结电荷转移机制图(黄色球状花代表Bi7O9I3，灰色薄片代表g-C3N4，棕色点代表Bi3O4Cl)[33]Fig.8 Bi7O9I3/g-C3N4/Bi3O4Cl ternary photocatalysis system. (a) Energy level diagrams of Bi7O9I3, g-C3N4and Bi3O4Cl; (b) interfacial band bending diagram and interfacial electron transfer diagram of Bi7O9I3, g-C3N4and Bi3O4Cl; (c) charge transfer mechanism diagram of double S-type heterojunction BOI/GCN/BOCl heterojunction (yellow spherical flower represents Bi7O9I3, the gray flakes represent g-C3N4 and the brown dots represent Bi3O4Cl)[33]

2 应 用

2.1 光催化分解水制氢

能源短缺和全球气候恶化已成为现代人类社会可持续发展的瓶颈。H2有望取代传统化石能源成为最有希望的绿色能源，其可通过光催化反应从水中产生[34-36]。g-C3N4与具有合适能带结构的半导体形成异质结构，可以促进电子空穴分离从而有效的提高光催化活性,广泛应用于光催化制氢[37-40]。

Ji等[41]采用原位法合成Cu2O/g-C3N4纳米颗粒Ⅱ型异质结，应用于光催化析氢。纯g-C3N4的产氢速率为8.3 μmol·h-1·g-1，Cu2O/g-C3N4最佳的产氢速率为33.2 μmol·h-1·g-1，是纯g-C3N4的4倍。Hao等[42]成功在g-C3N4表面引入了锌空位缺陷修饰的ZnS，以构建ZnS/g-C3N4异质结Ⅱ光催化剂，这种异质结构光催化剂在可见光照射下的析氢速率是原始g-C3N4的30多倍，两种光催化剂活性的增强都可归因于Ⅱ型异质结的构建，g-C3N4与另一组分间的紧密界面接触促进了光生电子-空穴对的分离与转移，增加电荷转移，阻碍光生电子-空穴对的重组，表面被积累的电子还原生成氢。

Wang等[43]通过水热法和高温煅烧发制备具有直接Z型异质结构的3D TiO2微花/2Dg-C3N4纳米片，用于光催化析氢。H2的析出速率为4 128 μmol·h-1·g-1，分别是纯g-C3N4和TiO2的7.7倍和1.9倍。高度分散的3D TiO2微花与2D g-C3N4纳米片的协同作用与构建的高效的直接Z型异质结产生强耦合效应，可以增强光吸收和有效的电荷分离，使光催化活性增强。Fu等[44]采用静电自组装方法，以超薄WO3和g-C3N4纳米片为前驱体，成功制备了超薄2D/2D WO3/g-C3N4S型异质结光催化剂，用于产氢活性的探究，WO3/g-C3N4复合样品的产氢活性最高为982 μmol·h-1·g-1，是纯g-C3N4的1.7倍。其光催化产氢性能的提高是由于形成了S型异质结，有效的促进了其电荷的分离。Wang等[45]通过两步水热法合成了双Z型异质结Fe2O3@MnO2/C3N4的三元光催化剂用于光解水析氢。Fe2O3@MnO2/C3N4的析氢速率最佳为124 μmol·h-1·g-1，与Fe2O3@MnO2和纯g-C3N4相比，三元复合材料具有更高的可见光诱导吸收能力和光催化活性。光催化性提高的原因是Fe2O3@MnO2核壳结构促使C3N4通过界面异质结调节电子结构形成了有效的双Z型异质结，改善了可见光吸收范围，促进电子-空穴对的快速分离和转移。

2.2 光催化降解污染物

Ghosh等[50]通过水热法将Bi2O3纳米颗粒(BiON)成功地负载到氮空位2D g-C3N4纳米片(CNN)上，制备了Z型异质结Bi/CN复合光催化剂材料，并在LED照明下降解MB。结果表明，2%Bi/CN的降解效率最高，一级降解速率常数为0.040 min-1，是纯g-C3N4和氮空位2D g-C3N4纳米片速率常数的2.5倍和1.9倍。Jin等[51]采用一步浸渍法制备了Z型异质结LaCoO3/g-C3N4复合光催化剂，其在可见光照射下对苯酚的降解具有较高的光催化活性。在可见光照射5 h后的苯酚降解率为85%，约为纯LaCoO3和g-C3N4的5.2倍和7.5倍。Z型异质结的形成增加了可见光吸收效率，有助于在空间上分离具有较高氧化和还原电位的电子和空穴，使光催化活性增强，进而提高污染物的降解率。具有强氧化还原能力的电荷载体使降解持久性污染物成为可能。

随着抗生素的广泛使用，细菌产生了耐药性，这对生态系统和人类健康构成了巨大威胁[52-54]。Zhang等[55]采用原位热聚合法制备了S型异质结Bi2O3/P-C3N4复合光催化材料，探究模拟太阳光下对左旋氧氟沙星(LVFX)的去除效果。结果表明，Bi2O3/P-C3N4复合材料在75 min对10 mg/L LVFX的降解率达到了89.2%，与纯Bi2O3和P-C3N4相比，光催化活性明显增强，构建的S型异质结有助于在空间上分离P-C3N4产生的具有较高还原能力的电子和Bi2O3产生的具有较高氧化还原能力的空穴。Ding等[56]通过煅烧法和溶液沉淀法将Ag3PO4原位沉积到2D g-C3N4纳米片上，成功构建了Z型异质结g-C3N4/Ag3PO4光催化剂。g-C3N4/Ag3PO4光催化剂在可见光照射下对MO、RhB和四环素(TC)具有良好的光催化性能，对RhB(10 mg/L)和MO(10 mg/L)的溶液分别在15 min和30 min降解率达到约100%，对TC(50 mg/L)在20 min内降解率为80%，与纯的Ag3PO4颗粒和g-C3N4纳米片相比，g-C3N4/Ag3PO4复合材料具有良好的光催化活性和光稳定性。g-C3N4基异质结的构建可为新型光催化剂提供新的思路，更有助于消除废水中的有机污染物。

2.3 光催化CO2还原

碳中和是我国经济社会发展的战略目标，同时也是推进我国能源革命、实现文明跨越的重要举措，我国二氧化碳排放量力争于2030年前达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和[57]。因此，迫切需要制定有效的战略来减少温室气体排放，并增加可再生能源的利用,光催化还原CO2生产能源燃料是解决目前化石燃料依赖和环境污染的有效方法[58-59]。

Cao等[60]制备了在片状g-C3N4表面原位生长In2O3纳米晶体的In2O3/g-C3N4Ⅱ型异质结光催化剂，极大地增强了CO2还原性能，其异质结提高了电荷转移效率，从而增加光催化反应的光生载流子的寿命。Li等[61]采用简单地水热法制备了LaPO4/g-C3N4核壳纳米线Ⅱ型异质结光催化剂，研究在CO2还原中的光催化活性。与g-C3N4和LaPO4相比，LaPO4/g-C3N4在CO2光催化还原中的光催化性能有所提高。增强的光催化活性和稳定性可归因于LaPO4和g-C3N4之间的协同效应，该协同效应源于其良好匹配的能带结构，提高了光灵敏度，并加速了电荷载流子的分离。这种新型核/壳结构的LaPO4/g-C3N4纳米复合材料不添加任何贵金属助催化剂，在未来CO2光催化还原中具有很好的应用前景。

Yang等[62]通过水热法合成了3D海胆状CoZnAl LDH/RGO/g-C3N4Z型异质结构。RGO和g-C3N4均匀沉积在CoZnAl LDH上，其组分之间的协同效应提高了CO2的光催化转化率。并且Z型异质结的构建，电荷转移过程促进了CoZnAl LDH和g-C3N4的氧化性和还原性，限制了电荷载流子复合。Guo等[63]通过使用水热法将Bi2S3量子点沉积到g-C3N4上，合成了Z型异质结构，与单体相比，其表现出更高的光催化CO2还原效率。由Bi2S3量子点均匀沉积在g-C3N4上，组分间强烈相互作用显著增加比表面积，提高可见光吸收效率，并降低光生载流子的复合。Tahir等[64]通过水热法成功构建Z型异质结WO3/g-C3N4复合材料，应用于CO2还原，其在可见光照射下表现出良好的界面转移和空穴分离能力。在可见光照射下，WO3根据其不同的导带位置向g-C3N4提供电子，形成Z型异质结，从而实现半导体之间的电荷分离，增强CO2向CO和CH4的还原。此外，还进一步测试了催化剂负载量、还原剂类型和光照强度等参数对WO3/g-C3N4复合光催化剂性能的影响。随着催化剂负载量和光照强度的增加，CO和CH4的产生量都得到了提高，这是因为除了电荷载体的熟练分离外，还产生了更多的活性中心，相比之下，用H2O进行光催化CO2还原可以生成更多的CH4。较高的光照强度，会产生更多的电荷载体，使光催化活性明显增强。

3 结语与展望

g-C3N4由于其低成本、高稳定性及可见光响应，成为最有希望替代TiO2的半导体材料之一。然而，g-C3N4光生电荷的快速复合大幅度削弱了其光催化性能，限制实际应用。在所有的改性方法中，用两种或两种以上的半导体材料合理地构造异质结，可以综合多组分的优点，改善光生电荷分离，提高可见光利用率，同时保持电子-空穴对的高氧化还原能力。因此，不同类型的g-C3N4基异质结光催化剂，特别是Ⅱ型异质结、直接Z型异质结、S型异质结在光催化降解污染物、制氢和CO2还原等方面得到了广泛应用。尽管近年来科研人员对其进行广泛的研究，但在制备高性能、可广泛应用于光催化领域的g-C3N4基光催化剂方面仍存在一些挑战，异质结系统的光催化机制仍需进一步确定。因此，需要更深入的研究来确定g-C3N4基异质结中的电荷转移路径和反应过程。针对以上问题，对今后g-C3N4基异质结光催化体系进一步研究提出以下几点展望：

(1)不同类型的g-C3N4基异质结中的电荷转移路径以及光催化机理有待进一步阐明。例如，通过不同方法制备或应用于不同领域的TiO2/g-C3N4光催化体系显示出Ⅱ型异质结或Z型异质结，并具有显著不同的电荷转移路径。因此，需要借助一些先进的表征技术，如原位检测技术、原位XPS和DFT计算等。

(2)异质结光催化剂的构建是一个基于表面的过程。因此，如果异质结界面中存在较大的接触面积，光诱导电荷转移将变得更快。然而，大多数g-C3N4基异质结中使用的块体g-C3N4通常具有有限的比表面积和活性位点。纳米级g-C3N4，如纳米片、纳米棒和量子点，显示出更大的表面积、更快的电荷转移以及更高的电荷氧化还原能力。因此，构建纳米级的g-C3N4基异质结光催化剂将会有广阔的应用前景。

(3)为了克服传统异质结的缺点，阐述了一种新型的S型异质结光催化剂，能够更清晰地解释和说明光诱导电荷转移和分离。此外，S型异质结可以提高光生电荷的分离率，并保持各组分的高氧化还原能力。因此，研究者应对g-C3N4的S型异质结光催化剂进行深入研究。

(4)密度泛函理论的第一性原理计算是研究结构、电子、g-C3N4的光学或其他物理和化学性质的方法，可以解释改性g-C3N4的优化性能，甚至可以为预测未制备的g-C3N4复合材料的催化反应效率提供许多重要信息。合理地利用DFT计算来了解各种异质结光催化剂的电荷转移路径是非常必要的，这也有助于深入了解光催化反应的内部机理。因此，DFT计算在未来的光催化领域将受到更多的关注和广泛的应用。