石墨相氮化碳光催化剂研究进展

郭雅容，陈志鸿，刘琼，张正国，方晓明（华南理工大学化学与化工学院传热强化与过程节能教育部重点实验室，广东 广州 510640）



综述与专论

石墨相氮化碳光催化剂研究进展

郭雅容，陈志鸿，刘琼，张正国，方晓明
（华南理工大学化学与化工学院传热强化与过程节能教育部重点实验室，广东 广州 510640）

摘要：石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种可见光响应的半导体聚合物光催化剂，具有廉价易得、化学稳定性好、无毒无害以及合适的禁带宽度和能带位置等优点，但也存在只能吸收波长小于475nm的光且光生载流子复合严重等问题，需要对其进行改性来提高光催化能力。本文在介绍g-C3N4的结构、特性和制备方法的基础上，着重评述了g-C3N4在形貌调控、半导体复合、元素掺杂、分子掺杂和染料敏化等改性手段方面的研究进展以及在降解有机污染物、分解水制氢、还原CO2和有机合成等方面的应用。最后指出g-C3N4未来的研究方向在于用多种手段共同改性g-C3N4、拓展g-C3N4在光催化领域的应用和深入进行机理研究等方面。

关键词：石墨相氮化碳；催化剂；太阳能；制氢；聚合物

能源是人类赖以生存和人类文明赖以存在的物质基础。自工业革命以来，伴随着社会和经济的发展，能源被不断地消耗。尤其是进入21世纪以来，现代化工业的迅猛发展，使得人们对能源的需求大大增加，不仅造成了化石能源日益枯竭的问题，也带来了日益严重的环境问题。传统能源面临的双重危机为可再生能源的出现提供了契机。在众多可再生能源中，太阳能储量丰富、能量大、无污染，是一种极为理想的新能源。太阳能的利用包括3种方式：光热转换、光电转换和光催化。光催化主要包括光催化产氢、污水处理、空气净化、太阳能转化等[1]。其中，利用太阳能光催化分解水制氢，是从根本上解决能源短缺和环境污染问题的理想途径之一，成为高效利用和转换太阳能最为重要的研究方向之一[2]。

光催化过程包括3个步骤：①当入射光光子能量大于半导体能隙时，电子（e–）被激发，从价带（VB）跃迁到导带（CB），同时在VB上留下一个带正电荷的空穴（ h+）。光生电子和空穴统称为载流子；②光生载流子发生分离和迁移；③当半导体的导带电位比受体电位偏负，价带电位比给体的电位偏正时，在半导体表面发生氧化还原反应。影响光催化效率的因素主要有半导体禁带宽度、形貌结构以及载流子的分离和迁移效率。由于太阳光中紫外光仅占了不到 5%，而可见光为 48%，因此光催化领域的核心为开发高效、稳定、廉价的可见光响应光催化剂。

自1972年FUJISHIMA和HONDA[3]发现TiO2可以在紫外光下分解水产生氢气，光催化迅速成为研究热点。光催化的研究已有数十年，但一直处于研究阶段，远达不到应用的程度，这主要是由于还未开发出高效稳定的光催化剂。大多数的半导体如 TiO2、TaO6等具有禁带宽度较大的缺点，仅能吸收紫外光，对太阳光的利用率较低。此外，大多数半导体的光生电子和空穴的复合率高，量子效率低。而窄禁带的半导体如CdS、Fe2O3、Cu2O则易发生光腐蚀而失去催化活性。为了解决这些问题，研究者们致力于对光催化剂进行改性，包括离子掺杂、半导体复合、表面光敏化、负载助催化剂等。经过四十余年的努力，研究者们取得了一些突破性的进展。ZHANG等[4]制备出禁带宽度为2.1eV的LaTiO2N，并负载助催化剂CoOx，在440nm下产氢量子效率高达 (27.1±2.6)%，是这类光催化剂的最高量子效率。YANG等[5]在催化剂CdS表面同时担载还原助催化剂 Pt和氧化助催化剂PbS组成三元催化剂（半导体、氧化助催化剂和还原助催化剂）Pt-PdS/CdS，在420nm下得到了高达93%的产氢量子效率。CHEN等[6]研制出MgTa2O6-xNy/TaON Z字形体系，在420nm下产氢量子效率为6.8%，这是目前已知的Z字形可见光分解水的最高量子效率。然而，这些无机半导体光催化剂大多或含有稀有金属，或制备工艺极为复杂，难以实现大规模工业化应用，因此，研究者们开始致力于研制新型光催化剂，如红磷、有机半导体如聚噻吩、聚苯胺、聚邻氨基苯甲胺、聚吡咯等。

2009年，王心晨课题组[7]报道了石墨相氮化碳（g-C3N4）可以作为聚合物半导体光催化分解水产生氢气，将g-C3N4引入光催化剂领域，由此引发了关于g-C3N4光催化性能的研究热潮。g-C3N4的光催化性能源于C原子和N原子以SP2杂化形成的高度离域的大π共轭体系。研究表明，g-C3N4的HOMO 由Npz轨道组成，位于+1.6eV处，LUMO由Cpz轨道组成，位于–1.1eV处，禁带宽度为2.7eV，可以吸收波长小于475nm的光，可作为许多光催化反应的可见光响应光催化剂。由于g-C3N4具有廉价稳定、合适的禁带宽度和能带位置、化学组成和能带结构易于调控等优点，在光催化领域具有巨大的发展潜力，值得进行深入探索研究。本文将对石墨相氮化碳的结构、特性及制备方法、研究进展和未来发展方向作一概述。

1 石墨相氮化碳的结构、特性及制备方法

1.1 石墨相氮化碳的结构

氮化碳是一种古老的聚合物衍生物，由C原子和N原子构成，具有密度低、性质稳定、无毒无害、生物相容性好等优点。氮化碳的发现可追溯到1834年，BERZELIUS首次合成了氮化碳高分子衍生物材料，并由LIEBIG命名为“Melon”[8]。然而由于早期合成的氮化碳是多相共存的，其化学结构和确切的晶型一直困扰着研究人员，量子化学和计算化学的发展使人们对氮化碳的结构有了进一步认识。YAN等[9]利用第一性原理计算氮化碳的晶体结构、带隙等物理性质，并在此基础上提出了5种不同的氮化碳结构：α-C3N4、β-C3N4、立方C3N4、类立方C3N4和g-C3N4。除g-C3N4外，其他4种结构的氮化碳都是超硬材料，具有良好的化学惰性和热稳定性，在机械、光学和光电领域有着广阔的潜在应用前景。从能量角度来说，g-C3N4构型最为稳定，具有优异的耐磨性、化学稳定性和热稳定性，片层结构的疏松性使其可作为良好的膜材料或储气材料，特殊的半导体性质使其在光催化领域发挥重要作用。

g-C3N4具有类似石墨的片层结构，片层由基本单元连接构成。从理论上来说，g-C3N4具有两种可能的结构：以三嗪环（C3N3）为基本单元和以七嗪环（C6N7）为基本单元，环之间通过末端的氮原子相连形成一层无限扩展的平面（图1）。THOMAS等[10]利用密度泛函理论计算表明，七嗪环结构的氮化碳能量比三嗪环结构的低，即七嗪环结构更为稳定。因此现在普遍认为g-C3N4的基本单元为七嗪环。

1.2 石墨相氮化碳的特性

作为一种新型的可见光响应光催化剂，g-C3N4具有其特有的性质。g-C3N4仅由C和N两种地球上含量丰富且廉价的元素构成，这意味着g-C3N4可以用低成本制备得到。g-C3N4的C—N芳香杂环结构使其具有良好的热稳定性。热重分析表明，g-C3N4在空气中加热到 600℃时也不会发生分解。g-C3N4片层之间强烈的范德华相互作用使它具有良好的化学稳定性，不溶于大多数溶剂，如水、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、四氢呋喃（THF）、乙醚、甲苯等。g-C3N4具有良好的耐酸碱性，即使是在pH=1的HCl和pH=14的NaOH溶液中，g-C3N4也不会发生反应或溶解[11]。g-C3N4具有与石墨烯相类似的片层结构，表面积较大，理论上理想的单层g-C3N4具有高达2500m2/g的表面积。

图1 石墨相氮化碳的两种可能结构

g-C3N4是一种仅由C和N构成的聚合物材料，简单的组分构成使得对 g-C3N4的性质调控可以通过简单的方法进行，而不用显著改变总组分。g-C3N4的聚合物性质使对g-C3N4的表面化学调控可以通过分子水平修饰和表面工程进行，同时保证了它的结构具有足够的灵活性，使g-C3N4可以作为各种无机纳米粒子的主体基质，从而可制备g-C3N4基复合材料。

g-C3N4是一种半导体材料，具有良好的光电特性。它的禁带宽度为 2.7eV，可以吸收波长小于475nm的太阳光，将对太阳光的利用拓展到了可见光区，可作为许多光催化反应的催化剂。此外，g-C3N4的CB为–1.1eV，VB为+1.6eV（相对于标准氢电极，vs.NHE），跨立于分解水产生氢气和氧气的氧化还原电位的两端，满足可见光全解水制备氢气和氧气的要求（图2）[12]。g-C3N4的这些特性，使其成为一种十分具有潜力的光催化剂。

1.3 相氮化碳的制备方法

由于g-C3N4的基本单元为七嗪环，而三嗪环可进一步缩合形成七嗪环，因此，从理论上来说，含有三嗪环结构或能够生成三嗪环或七嗪环结构的化合物均能合成g-C3N4。这一理论也得到了实验的证实。由于前体的不同，合成的g-C3N4的形貌也会有所不同，从而影响光催化性能，常见的前体有氰胺、氰胺、三聚氰胺、尿素、硫脲、硫氰胺等。采用不同的制备方法得到的氮化碳的形貌也会有所不同。表 1列举了几种 g-C3N4的制备方法及其所形成的g-C3N4的形貌结构。

图2 g-C3N4的能带结构图

表1 g-C3N4的制备方法

GROENEWOLT等[13]率先使用氰胺热聚合的方法制备出了体相氮化碳，这也是目前使用最广泛的方法之一。该制备过程随温度的升高而发生了加聚反应和缩聚反应，具体反应过程如图3所示。氰胺在加热过程中首先聚合生成双氰胺；当温度达到235℃左右时，双氰胺加聚生成三聚氰胺；当温度继续升高达到 350℃时，三聚氰胺脱 NH3缩聚生成Melam；温度到达390℃时，Melam发生重排并脱出NH3变成Melem，Melem是非常稳定的中间体，直至温度升到520℃时才会进一步脱NH3缩合生成聚合物氮化碳。但当温度上升到 600℃时，氮化碳开始发生分解，至700℃以上氮化碳就会全部分解，所以氰胺缩合制备氮化碳的最佳温度在550℃左右。

图3 以氰胺为原料制备氮化碳的反应流程

2 石墨相氮化碳光催化剂的制备

自王心晨课题组将g-C3N4引入光催化领域以来，g-C3N4作为一种新型的有机半导体材料受到越来越多的关注。这一方面是因为g-C3N4具有合适的能带结构，其禁带宽度为 2.7eV，导带和价带分别跨立于分解水产生H2和O2的两端，使可见光催化分解水产生H2和O2成为可能；另一方面是g-C3N4具有优异的热稳定性、化学稳定性、生物相容性和廉价易得等优点。另外，作为有机材料，g-C3N4的分子结构易于调整，从而可优化其光催化性能。

然而，g-C3N4作为光催化剂也存在着一些不足：①禁带宽度为2.7eV，仅能吸收波长小于460nm的蓝紫光，对可见光的利用率不够高；②价带位置偏正，可见光催化分解水产生氧气的能力不足；③光生载流子复合严重，导致量子效率偏低；④比表面积较小。这些不足严重制约了g-C3N4在光催化领域的应用。针对g-C3N4存在的这些问题，研究者们从形貌调控、半导体复合、元素掺杂、分子掺杂和染料敏化等方面对其进行改性，均能使g-C3N4的光催化活性得到提高。

2.1 石墨相氮化碳的改性方法

2.1.1 形貌调控

通过形貌调控，可以有效克服半导体材料比表面积小和光生载流子复合严重的缺点，提高光催化活性。研究者们通过采用硬模版法、软模板法或非模板法合成了一系列具有特殊形貌的g-C3N4，如介孔g-C3N4、g-C3N4纳米棒、g-C3N4纳米管、g-C3N4纳米片、g-C3N4纳米球、g-C3N4纳米线等，如图4。 WANG等[18]以SiO2纳米颗粒为硬模板，制备出了具有不同表面积和孔体积的介孔 g-C3N4，优化了g-C3N4的能带结构和光吸收性能，促进催化剂表面的传质扩散过程，提高了 g-C3N4的光解水产氢性能。LIU等[19]以合成的SiO2纳米棒为硬模板，与氰胺超声混合溶解并发生热聚合反应，经过NH4HF2刻蚀得到g-C3N4纳米棒，较好地保持了g-C3N4的片层性质，有效地提高了光解水产氢性能。

图4 特殊形貌的g-C3N4[17-22]

2.1.2 半导体复合

由于g-C3N4为聚合物，具有较低的结晶度和较高的激子结合能，不利于光生载流子的分离和迁移，从而导致光催化的量子效率较低。通过将g-C3N4与其他半导体材料进行复合，形成异质结构，可以实现光生载流子在空间上的分离，从而抑制载流子的复合。目前已开发的用于与g-C3N4复合的半导体材料主要有4大类：宽禁带半导体（如TiO2、ZnO、Bi2WO6等）；窄禁带半导体（如TaON、CuGaSe2、MoS2等）；碳材料（如石墨烯、多壁碳纳米管、碳量子点等）以及聚合物（如 3-己基取代聚噻吩、聚苯胺等）。以g-C3N4/CdS复合半导体为例，CdS的价带为1.9eV，导带为 – 0.5eV，g-C3N4的导带高于CdS的导带，而g-C3N4的价带低于 CdS的价带，从而使导带电子从g-C3N4注入CdS，空穴则流向g-C3N4，从而使光生电子空穴对在空间上发生分离，二者的协同作用也使其催化效果优于单一的CdS或g-C3N4。

2.1.3 元素掺杂

通过在 g-C3N4中掺杂少量的金属或非金属元素，可以改变g-C3N4的电子结构和能带结构，优化吸光能力，促进光生载流子的分离等，从而提高g-C3N4的光催化性能。金属元素掺杂的作用机理是掺杂的元素能够在价带上方产生施主能级或在导带下方产生受主能级，半导体吸收了光子的能量后，除了将电子从价带激发到导带外，也会将电子从施主能级激发到导带，或从价带激发到受主能级，从而使得g-C3N4的带隙变窄，吸光范围增大。然而，金属掺杂也会引起半导体的晶格缺陷，往往成为光生载流子的复合中心。金属元素的掺杂效果受元素种类、掺杂工艺等诸多因素的影响。表2总结了近几年来g-C3N4掺杂金属元素的制备条件及性能。

表2 g-C3N4掺杂金属元素的制备条件及性能

非金属元素掺杂的作用机理不同于金属元素，它是通过掺杂元素与g-C3N4的价带发生杂化，从而提升价带顶来缩小禁带宽度，从而提高g-C3N4的光催化活性。非金属元素掺杂不会像金属元素掺杂那样引入复合中心，因而光催化效果较好。表3总结了近几年来 g-C3N4掺杂非金属元素的制备条件及性能。

表3 g-C3N4掺杂非金属元素的制备条件及性能

研究表明，将两种或两种以上的元素与g-C3N4进行共掺杂，通过掺杂元素间的协同作用可以拓展g-C3N4在可见光区的响应的同时有效分离光生载流子，提高光催化活性，从而使得光催化性能比单一元素掺杂时更高，如用Fe-P和Fe-C共掺杂g-C3N4，光催化性能均比单一组分掺杂时高。

2.1.4 分子掺杂

g-C3N4特殊的聚合物分子结构使其具有不同于传统无机半导体的掺杂方式——分子掺杂。通过将要掺杂的单体分子与前体进行混合，发生共聚合反应而将单体分子嵌入到 g-C3N4的平面结构中，从而对g-C3N4进行能带调控，减小g-C3N4的禁带宽度，增大对可见光的吸收范围，从而提高 g-C3N4的光催化效率。目前，关于g-C3N4的分子掺杂的研究主要集中在以双氰胺和三聚氰胺为前体制备的氮化碳中。ZHANG等[36]利用双氰胺和巴比妥酸发生共聚合反应，有效拓展g-C3N4的π共轭体系，增强光吸收能力和导电性质，从而增强g-C3N4的光催化性能。ZHANG 等[37]将苯基脲与不同的前体（尿素、双氰胺、硫脲、硫氰酸铵）混合焙烧，得到的g-C3N4光催化活性均有所提高，其中以尿素为前体得到的g-C3N4活性提高最多，产氢效率相比于纯g-C3N4提高了9倍。表4列出了近年来关于g-C3N4分子掺杂的制备条件及性能。

2.1.5 染料敏化

g-C3N4是由七嗪环为基本单元组成的，对染料有很强的吸附性能，可作为良好的光敏剂载体。将具有强吸光能力的染料与g-C3N4复合，染料分子更易被光激发成为氧化态，将光生电子注入g-C3N4的导带，并接受电子给体的电子而被还原。染料敏化可以有效增强g-C3N4的光吸收，产生更多的光生电子。TAKANABE等[43]率先使用镁酞菁对g-C3N4进行敏化，有效增强催化剂在500～800nm处的光吸收，提高光催化产氢性能。MIN等[44]利用曙红、玫瑰红、二氯荧光黄等对g-C3N4进行敏化，敏化后g-C3N4的光催化产氢效率均有所提高，其中曙红的效果最好。

表4 g-C3N4掺杂单体分子的研究制备条件及性能

2.2 石墨相氮化碳在光催化领域的应用

作为一种新型的半导体光催化材料，g-C3N4具有合适的禁带宽度和能带位置，迅速成为光催化各个领域的研究热点之一。研究表明，g-C3N4在光催化降解有机污染物、分解水产氢、还原CO2和合成有机物等方面都能起到良好的催化作用。然而，g-C3N4固有的缺点也限制着它在这些领域的应用。为此，研究者们对g-C3N4进行了改性和修饰，从提高吸光能力和载流子分离效率两方面入手，有效提高了g-C3N4的光催化活性。

2.2.1 光催化降解污染物

光催化是解决有机污染物环境问题的高效经济的手段。g-C3N4独特的电子结构和物化性质使其可用于光催化降解许多有机污染物，包括罗丹明B(RhB)、甲基橙(MO)、甲基蓝(MB)、双酚 A、苯甲醇、盐酸四环素等。g-C3N4还可用于除去空气中的NO和还原重金属Cr(Ⅵ)。纯g-C3N4的降解能力较低，但与其他物质复合之后光降解能力大大提升。表5列出了几种关于g-C3N4基复合材料的光催化降解性能。

表5 g-C3N4基复合材料的光催化降解性能

2.2.2 光催化分解水产氢

在可见光下分解水产生氢气，将太阳能直接转化为氢能，是解决人类面临的能源和环境问题的理想方法之一，被称作“21世纪梦的技术”。从理论上来说，由于g-C3N4的价带和导带处于合适的位置，光解水还原产生氢气和氧化产生氧气两个半反应都是可以进行的。然而，可见光下实现光催化分解水仍然较为困难，尚少见诸报道。这是由于产氧反应是一个四电子的复杂反应，比产氢反应更难进行。

近年来，g-C3N4作为光催化剂被广泛用于产氢中。然而，纯g-C3N4的光催化产氢活性并不高，需要对其进行改性，包括制备多孔g-C3N4、元素掺杂、分子掺杂、复合碳材料等。需要注意的是，利用g-C3N4进行光催化产氢需要耦合合适的助催化剂，主要包括贵金属（Pt、Au、Ag等）和非贵金属（NiS、NiS2、MoS2、WC等）。

2.2.3 光催化还原CO2

除了光催化产氢，光催化还原CO2生成烃类燃料也是解决能源问题的手段之一。最近研究表明，g-C3N4可以作为潜在的还原CO2的光催化剂。MAO等[45]发现，以尿素为前体制备的g-C3N4（u-g-C3N4）还原CO2的能力比用三聚氰胺作为前体制备的g-C3N4（m-g-C3N4）的能力强，并且还原产物为 CH3OH和C2H5OH，而m-g-C3N4的还原产物仅为C2H5OH。将g-C3N4与其他半导体复合，可以有效提高g-C3N4光催化还原CO2的活性。CAO等[46]发现，半导体异质结如g-C3N4/In2O3可将CO2光催化还原成CH4，从而将CO2变成可直接利用的燃料。然而，目前光催化还原CO2的研究仍然较少，且光催化剂较不稳定，仍然需要进行长期的探索。

2.2.4 光催化有机合成

近来，g-C3N4基光催化剂表现出了在温和条件下选择性有机转化的潜力。研究表明，g-C3N4基光催化剂可对许多芳香化合物进行光催化氧化，包括选择性氧化苯为苯酚、芳香醇为醛、芳香胺为亚胺等。LI等[47]构建了介孔氮化碳和Pd纳米颗粒的莫特-肖特基光催化剂，使电子从g-C3N4转移到Pd而高效选择形成 C—C键。DAI等[48]将 CdS/g-C3N4应用于选择性氧化芳香醇为芳香醛和还原硝基苯为苯胺。与光催化还原CO2类似，目前关于光催化有机合成的研究较少，g-C3N4作为光催化剂进行有机合成仍需进一步探索。

3 结论与展望

g-C3N4作为一种新型的可见光响应光催化剂，具有独特的电子结构、较窄的禁带宽度和合适的能带位置，并具有较高的热稳定性和化学稳定性以及经济、环保等优点，在光催化降解污染物、光催化分解水制氢、光催化还原CO2和光催化有机合成等领域均有广阔的应用前景，已成为一个新的研究热点。

针对g-C3N4目前存在的比表面积小、禁带宽度较大、载流子复合严重等问题，研究者们采用了各种方法对其进行了改性，包括形貌调控、半导体复合、元素掺杂、分子掺杂和染料敏化等改性手段，为g-C3N4的进一步研究奠定了坚实的基础。

综上本文认为，g-C3N4的未来研究可以从以下几个方面进行。

（1）继续进行g-C3N4的改性研究，尤其是采用多种手段共同改性g-C3N4，从多个方面提高g-C3N4的光催化活性。例如，HONG等[49]将模板法与元素掺杂相结合，制备了S掺杂的介孔g-C3N4，使g-C3N4的光催化产氢性能得到进一步提高。

（2）进一步拓展g-C3N4在光催化领域的应用。g-C3N4独特的电子结构和有机半导体性质，使得它具备了有机催化剂和半导体的优点，具有广阔的应用前景，尤其在光催化还原CO2和光催化有机合成方面，g-C3N4的潜在价值亟待开发。

（3）深入进行g-C3N4光催化机理的研究。只有从理论上了解 g-C3N4的光催化机理，才能够使g-C3N4的光催化活性得到突破性的提高。

符 号 说 明

CB—— conduction band，导带

Eg—— 禁带宽度，eV

e–—— 电子

g-C3N4—— 石墨相氮化碳

HOMO—— 最高电子占据轨道

h+—— 空穴

LUMO—— 最低电子未占据轨道

VB—— valence band，价带

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第一作者：郭雅容（1991—），女，硕士研究生。联系人：方晓明，研究员，博士生导师。E-mail cexmfang@scut.edu.cn。

中图分类号：O 643；O 649

文献标志码：A

文章编号：1000-6613（2016）07-2063-08

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.07.018

收稿日期：2015-10-28；修改稿日期：2015-12-07。

Research progress of graphitic carbon nitride in photocatalysis

GUO Yarong，CHEN Zhihong，LIU Qiong，ZHANG Zhengguo，FANG Xiaoming
（Key Lab of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation，Ministry of Education，School of Chemistry and Chemical Engineering，Sourth China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China）

Abstract：As a visible light responding polymer and semiconductor photocatalyst，graphitic carbon nitride（g-C3N4）has the advantages of cheap and readily available，chemically stable，non-toxic and harmless，as well as having suitable band gap and band position etc.However，g-C3N4can only absorb light shorter than 460nm and its photogenerated carriers recombine severely，which has restricted its application.Modification of g-C3N4is an effective means to improve its photocatalytic ability.This article outlines the structure，properties and preparation methods of g-C3N4，then focuses on the research progress of g-C3N4，including morphology controlling，compounding with semiconductors，element doping，molecular doping and dye-sensitized.It also discusses the applications of g-C3N4in pollutants removal，hydrogen evolution，CO2reduction and other aspects of organic synthesis.The prospects for the development of g-C3N4based photocatalysts are also discussed，and the research direction of graphitic carbon nitride are proposed as multiple modification，application and mechanism exploration.

Key words：graphitic carbon nitride；catalyst；solar energy；hydrogen production；polymers