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能源与环境问题是人类最关注的热点之一，太阳能作为绿色可再生能源受到广泛研究。光催化技术在能源转换和净化环境方面具有巨大应用前景。2009年Wang等首次使用石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为光催化剂催化制氢，引发极大关注。g-C₃N₄是一种聚合物半导体，具有价格低廉、无毒、稳定性高等优点，被广泛应用于光催化降解污染物、还原CO₂、制氢、固氮等领域。然而，g-C₃N₄存在电子-空穴复合率高、表面活性位点低、可见光响应有限等缺陷，导致光催化活性较低，亟需有效改性手段。

提高g-C₃N₄光催化活性的途径包括元素掺杂、形貌改性、构建异质结及贵金属沉积等，其中构建异质结被公认为最有效的手段之一。异质结可调控禁带宽度、提高载流子迁移速率，按电子传输路径可分为II型、Z型、S型、p-n型和肖特基异质结5类。本文综述了g-C₃N₄光催化剂异质结改性的研究进展，以及其在降解污染物、制氢、还原CO₂、固氮等领域中的应用文章基于长安大学高莉宁教授团队研究成果及陕西省重点研发计划项目、陕西省交通科研项目等支持。

（1）5类异质结系统梳理

文章系统综述了II型（实现电子-空穴分离但削弱氧化还原能力）、Z型（保留强氧化还原能力）、S型（定向选择性复合保留最大氧化还原能力）、p-n型（内置电场分离电荷）和肖特基型（空间电荷区抑制复合）5种异质结的机理、特点与最新研究成果。

（2）多领域应用覆盖全面

涵盖降解污染物（RhB、TC等有机污染物及HC、CO、NOₓ等汽车尾气）、光催化制氢（最高达7.431 mmol/(gcat·h)）、还原CO₂（CO产率最高3 645 μmol/(gcat·h)）、光催化固氮（NH₃生成率最高1 773.8 μmol/(gcat·h)）四大领域，展示了异质结改性g-C₃N₄的广阔前景。

（3）前沿体系归纳深入

包括双Z型、双重S型等复杂异质结体系，如BiOI/BiVO₄/g-C₃N₄双Z型、CdS/TiO₂/g-C₃N₄双重S型等，体现了该领域的最新发展方向。

图1 Ⅱ型异质结机理示意图(a)II型异质结电子传输机制(b)g-C₃N₄/ Bi₂W₂O₉异质结；(c)g-C₃N₄/SnS₂异质结；(d)g-C₃N₄/CsPbBrCl₂异质结

Fig. 1 Schematic Diagram of Ⅱ-type heterojunction (a) Chargetransfer mechanism of Ⅱ-type heterojunction (b) g-C₃N₄/ Bi₂W₂O₉ heterojunction and (c) g-C₃N₄/SnS₂ heterojunction and (d) g-C₃N₄/CsPbBrCl₂ heterojunction

图2 Z型异质结机理示意图(a) 全固态Z型异质结电子传输机制(b) 直接Z型异质结电子传输机制 (c) g-C₃N₄/ZnO/Au异质结 (d) β-Bi₂O₃/g-C₃N₄异质结

Fig. 2 Schematic Diagram of Z-type heterojunction (a) Chargetransfer mechanism of all-solid-state Z-type heterojunction (b) Chargetransfer mechanism of direct Z-type heterojunction (c) g-C₃N₄/ZnO/Au heterojunction (d) β-Bi₂O₃/g-C₃N₄ heterojunction

图3 S型异质结机理示意图 (a) 接触前 (b) 接触后 (c) S型异质结电子传输机制 (d) g-C₃N₄/CeO₂异质结 (e) ZnIn₂S₄/g-C₃N₄异质结

Fig. 3 Schematic Diagram of S-type heterojunction (a) Before contact (b) After contact (c) Chargetransfer mechanism of S-type heterojunction (d) g-C₃N₄/CeO₂ heterojunction and (e) ZnIn₂S₄/g-C₃N₄ heterojunction

图6 光催化降解污染物原理图(a) 光催化降解水污染物；(b) 光催化降解空气污染物

Fig. 6 Schematic diagram of photocatalytic degradation of pollutants (a) photocatalytic degradation of water pollutants and (b) photocatalytic degradation of air pollutants

图9 光催化固氮原理图(a) 氮还原反应；(b) 氮氧化反应

Fig. 9 Schematic diagram of Photocatalytic nitrogen Fixation (a) Nitrogen reduction reaction and (b) Nitrogen oxidation reaction

近年来，学者们对基于g-C₃N₄的异质结进行了大量研究以提高其光催化性能，并广泛应用于制氢、降解污染物、还原CO₂、光催化固氮等领域。未来在异质结改性g-C₃N₄的研究和应用方面

仍应考虑以下几点：

(1)异质结界面电子的分离和传输与异质结界面接触的紧密程度密切相关，应继续优化制备和表征手段，开发具有更优性能的异质结界面。

(2)目前大多异质结制备方法具有工艺步骤复杂、产率低等缺陷，开发具有低成本、高性能、高效率的光催化剂的制备方法仍然是重要研究课题。

(3)光催化剂由于其特殊的光响应机制，因此可以无限次循环使用，寻找合适的回收方法也是降低能源消耗、节约成本的有效策略。

5.引用本文

文章发表于《功能材料》2026年第57卷第5期，欢迎引用本文：    

张佩,高莉宁,白江蕊,等.g-C₃N₄异质结改性研究进展[J].功能材料，2026,57(5):88-103.

ZHANG P,GAO L N,BAI J R,et al.Review on g-C₃N₄-based heterojunction photocatalysts[J].Journal of functional materials,2026,57(5):88-103.

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