微观结构调控的g-C3N4在光催化NO转化中的最新进展：吸附/活化位点的关键作用

doi:10.1016/j.actphy.2024.100039

物理化学学报 >> 2025, Vol. 41 >> Issue (5): 100039.doi: 10.1016/j.actphy.2024.100039

所属专题：光催化中的S型异质结

微观结构调控的g-C₃N₄在光催化NO转化中的最新进展：吸附/活化位点的关键作用

王慧¹, LabidiAbdelkader¹, 任梦涵¹, ShaikFeroz², 王传义¹^,*()

¹ 陕西科技大学环境科学与工程学院, 西安 710021
² Department of Mechanical Engineering, Prince Mohammad Bin Fahd University, Al Khobar, 31952, Kingdom of Saudi Arabia

收稿日期:2024-11-06 修回日期:2024-12-03 录用日期:2024-12-06 发布日期:2025-04-18
通讯作者: Email:wangchuanyi@sust.edu.cn; Tel.: +86-29-86131724 (王传义)
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Recent Progress of Microstructure-Regulated g-C₃N₄ in Photocatalytic NO Conversion: The Pivotal Roles of Adsorption/Activation Sites

Hui Wang¹, Abdelkader Labidi¹, Menghan Ren¹, Feroz Shaik², Chuanyi Wang¹^,*()

¹ School of Environmental Science and Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi'an 710021, China
² Department of Mechanical Engineering, Prince Mohammad Bin Fahd University, Al Khobar, 31952, Kingdom of Saudi Arabia

Received:2024-11-06 Revised:2024-12-03 Accepted:2024-12-06 Published:2025-04-18
Contact: Email: wangchuanyi@sust.edu.cn; Tel.: +86-29-86131724 (Chuanyi Wang)
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摘要/Abstract

摘要：

光催化一氧化氮(NO)转化技术具有高效、经济、环保的特点，可以使用g-C₃N₄去除NO。通过微观结构调控在g-C₃N₄表面引入新的吸附位点可以改变g-C₃N₄与气体分子之间的构效关系，从而提高光催化NO转化活性并抑制NO₂的产生。然而，很少有综述文章关注g-C₃N₄基材料微观结构变化对NO和O₂的吸附和活化的微观影响。这对NO转化领域的材料设计工作以及从根本上提高NO转化活性和选择性的策略具有重要指导意义。因此，我们的工作系统地总结了通过微观结构调控引入吸附和活化位点的策略，并强调了这些位点在光催化NO转化过程中的作用。目的是阐明吸附和活化位点对吸附行为的影响以及这些位点与反应路径之间的相关性。最后，介绍了提高g-C₃N₄在光催化NO转化领域的吸附和活化水平的发展趋势和未来前景，以期为g-C₃N₄基光催化材料的开发和实际应用提供重要参考。

关键词: 光催化, g-C₃N₄, NO转换, 微观结构控制, 吸附, 活化

Abstract:

Photocatalytic nitric oxide (NO) conversion technology has the characteristics of high efficiency, economy, and environment friendly to remove NO using g-C₃N₄. Introducing new adsorption sites on the surface of g-C₃N₄ through microstructure control can alter the structure-activity relationship between g-C₃N₄ and gas molecules, thereby improving photocatalytic NO conversion activity and inhibiting NO₂ generation. However, few review articles have focused on the microscopic effects of microstructural changes in g-C₃N₄ based materials on the adsorption and activation of NO and O₂. This has important guiding significance for material design work in the field of NO conversion and strategies to fundamentally improve NO conversion activity and selectivity. Therefore, our work systematically summarizes the strategy of introducing adsorption and activation sites through microstructure control, and emphasizes the role of these sites in the photocatalytic NO conversion process. The aim is to clarify the influence of adsorption and activation sites on adsorption behavior and the correlation between these sites and reaction paths. Finally, the development trend and future prospects of increasing the level of g-C₃N₄ adsorption and activation in the field of photocatalytic NO conversion are introduced, which is expected to provide an important reference for the development and practical application of g-C₃N₄-based photocatalytic materials.

Key words: Photocatalysis, g-C₃N₄, NO conversion, Microstructure control, Adsorption, Activation

王慧, LabidiAbdelkader, 任梦涵, ShaikFeroz, 王传义. 微观结构调控的g-C₃N₄在光催化NO转化中的最新进展：吸附/活化位点的关键作用[J]. 物理化学学报, 2025, 41(5), 100039. doi: 10.1016/j.actphy.2024.100039

Hui Wang, Abdelkader Labidi, Menghan Ren, Feroz Shaik, Chuanyi Wang. Recent Progress of Microstructure-Regulated g-C₃N₄ in Photocatalytic NO Conversion: The Pivotal Roles of Adsorption/Activation Sites[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2025, 41(5), 100039. doi: 10.1016/j.actphy.2024.100039

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.1016/j.actphy.2024.100039

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2025/V41/I5/100039

图/表 18

图1

图2

表1

No.	Microstructure control method	Type	Photocatalyst amount (g)	Light source	Initial Conc.	Conv. (%)	NO₂ Conc.	Ref.
1	Vacancy engineering	N_2C vacancy	0.1	150 W commercial tungsten halogen lamp equipped with a 420 nm cut-off filter	600 ppb	41.84	77.8 ppb	[67]
2		N_3C vacancy	0.1	150 W tungsten halogen lamp	–	57.1	82.15 ppb	[68]
3		N_3C vacancy	0.2	30 W LED (Visible region)	600 ppb	66.7	26.8 ppb	[69]
4		N_3C vacancy	0.2	LED lamp	600 ppb	40.3	87.7 ppb	[70]
5		C vacancy	0.2	LED lamp (λ ≥ 448 nm)	600 ppb	47.0	30 ppb	[71]
6		non-intrinsic O vacancies	0.1	300 W xenon lamp equipped with a cut-off filter (λ＞420 nm)	500 ppb	47.7	25 ppb	[72]
7	Doping	Sulfur doping	0.2	150 W visible light LED lamp (λ > 400 nm)	600 ppb	53	58.86 ppb	[73]
8		Boron doping	0.1	500 W Xe lamp	600 ppb	54	–	[34]
9		Sulfur doping	0.025	LED array (450 nm centre wavelength)	1 ppm	50	200 ppb	[74]
10		C self doping	0.2	150 W commercial tungsten halogen lamp	550 ppb	56.77	–	[75]
11		Sulfur doping	0.2	Xe lamp	500 ppb	78.0	–	[76]
12		Na⁺, Li⁺ interlayer doping	0.2	30 W visible LED lamp	600 ppb	82	3.7 ppb	[77]
13		Zn interlayer doping	0.1	150 W metal halide lamp (λ greater than 420 nm)	600 ppb	49	5.88 ppb	[78]
14		Ca interlayer doping	0.2	150 W commercial tungsten halogen lamp	500 ppb	54.78	–	[79]
15		Sr cavity filling	0.05	xenon lamp with a 420 nm filter	600 ppb	55	66 ppb	[80]
16	Functional group modification	Oxygenated functional group	0.2	150 W commercial tungsten halogen lamp equipped with a UV light cutoff filter (420 nm)	500 ppb	45.5	–	[81]
17		Cyano and hydroxyl groups	0.05	300 W xenon lamp equipped with a cut-off filter (λ > 420 nm)	600 ppb	46.2	77.61 ppb	[82]
18		hydroxyl groups	0.2	Visible light LED lamp (λ ≥ 420 nm)	600 ppb	65.0	117 ppb	[83]
19		Oxygenated functional group	0.1	150 W commercial tungsten halogen lamp	500 ppb	50.4	–	[84]
20	Cocatalyst loading	SrSO₄ loading	0.05	30 W LED lamp	600 ppb	67.5	85.05 ppb	[85]
21		CaCO₃ loading	0.2	LED lamp (λ > 420 nm)	550 ppb	51.18	107.5 ppb	[86]
22		ZIF-67/CoOOH loading	0.2	150 W metal halide lamp with a 420 nm cutoff	500 ppb	52.5	0	[87]
23		Au loading	0.2	150 W commercial halogen tungsten lamp	500 ppb	41.0	10.25 ppb	[88]
24	Construction of and heterojunctions	(BiO)₂CO₃@ g-C₃N₄ heterojunction	–	150 W commercial tungsten halogen lamp	–	53.28	–	[89]
25		g-C₃N₄/BO_0.2N_0.8 heterojunction	0.2	Metal halide lamp (150 W) was used as the light source with a visible light filter (λ > 420 nm).	500 ppb	30.2	4.53 ppb	[90]
26		Pd1/g-C₃N₄-UiO-66-NH₂ heterojunction	10–40	300 W Xenon lamp	40–70 ppm	93.91	1.02 ppm	[91]
27		Graphene quantum dots/g-C₃N₄	0.08	300 W Xe lamp	600 ppb	90.0	140.4 ppb	[92]
28		UiO-67/g-C₃N₄ S- scheme heterojunction	0.2	Tungsten halogen lamp (150 W)	500 ppb	60.4	–	[93]
29		CeO₂/g-C₃N₄ S- scheme heterojunction	0.05	300 W Xe lamp	600 ppb	73.8	96 ppb	[94]

表1

图3

图4

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图10

图11

图12

图13

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图15

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图17

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