高分子类石墨相C3N4 (g-C3N4)是一种不含金属的半导体光催化剂，由于其具有π-共轭电子结构、可吸收可见光、成本低、易合成、出色的化学稳定性和热稳定性等特点，被广泛应用于催化、水分离、CO2还原、Cr(VI)还原以及有机污染物的光催化降解等多个领域。然而，原始的g-C3N4也有其固有的缺点，例如光生电子-空穴对易重组、可见光利用率有限、低比表面积和亲水性差等。通常采用电子结构改性、纳米结构设计、晶体结构工程和异质结构构建这三种策略来提高g-C3N4的光催化性能。
为了充分利用MOFs和g-C3N4的优点，实现理想光催化剂的优点以提高光催化性能，二元g-C3N4/MOF和三元g-C3N4/MOF/X（X 是一种半导体光催化剂）异质结复合材料的制备在宏观和纳米尺度上已被证明是一种有效的策略。详细来说，异质结构的构建可以实现以下优势：(i) 高比表面积，可以通过增加对目标模型的吸附性能来增强反应物/催化剂的相互作用；(ii) 提高光诱导电子-空穴的分离效率；(iii) 光催化活性位点的均匀分布；(iv) 拓宽光谱到可见光区域。重要的是，MOFs中有机配体的大量芳香环与g-C3N4的三嗪环之间的π-π相互作用以及丰富的表面静电相互作用，将有助于它们实现紧密结合、异质结的构建以及有效的电子转移。本文重点介绍了一些典型的g-C3N4/MOF复合材料的制备方法、表征、光催化性能和相应的机理。此外，本文对该研究领域的前景和挑战进行了展望。
2、该复合材料具有大比表面积和快速电子-空穴分离的能力。
3、该复合材料可以通过简单的方法制备。
4、结合MOF和C3N4的优点制备复合材料是很好的策略。
5、阐明了增强光催化活性的机制。
首先列举了一些具有代表性的 MOF，如ZIF-8、UiO-66、MIL-53、MIL-100、MIL-101、MIL-125、CuBTC、MIL-88B和BUC-21和不同形态的g-C3N4 (纳米片、纳米棒和纳米管) 结合构建的一些二元异质结复合材料(原文表1)。
ZIF-8 [Zn(2-methylimidazole)2·2H2O]，由2-甲基咪唑和Zn2+中心离子构成，具有出色的热/化学稳定性和大的BET比表面积(SSA)(≈2000 m2/g)。ZIF-8被广泛应用于各种领域，包括但不限于储气、分离、吸附去除污染物、催化和传感。一些基于ZIF-8与g-C3N4复合的光催化剂如TCN/ZIF-8(TCNZx)、g-C3N4/ZIF-8(ZCN-X)、C3N4/ZIF-8(ZC)被制备以实现增强光催化还原CO2、析氢和降解有机污染物的性能。
UiO-66由Zr6O4(OH)4八面体通过1,4-苯二甲酸(BDC)连接而成，由于其中强Zr-O键和Zr(IV)的高配位数使其具有非常高的比表面积(1147 m2/g)和超高的热稳定性和化学稳定性。UiO-66已被广泛应用于催化、光催化、气体吸附分离、废水中的有机污染物吸附去除等。单一的UiO-66和g-C3N4由于其电荷快速重组以及有限的光吸收能力，导致其光催化能力受到了限制。两者复合既能利用两者的优点，又能克服各自的缺点。一些基于UiO-66与g-C3N4复合的光催化剂如g-C3N4/UiO-66(UG-X)、g-C3N4/UiO-66(CNUO-X)、g-C3N4/UiO-66(UC x:y)被制备以实现增强光催化析氢和有机污染物降解的性能。
含有Cr3+、Al3+或Fe3+作为模板的纳米多孔金属苯二羧酸盐M(OH)(O2C-C6H4-CO2) MIL-53可标记为MIL-53(Cr)（BET比表面积 ≈ 1100 m2/g，Langmuir比表面积估计超过1500 m2/g），MIL-53(Al)（孔隙为8.5 Å，BET比表面积 ≈1100 m2/g，Langmuir比表面积分别为1590 m2/g)和MIL-53(Fe)（BET比表面积 ≈ 1100 m2/g）。MIL-53(Fe/Cr/Al)被广泛应用于吸附，催化，分离，传感器和光催化等领域。将g-C3N4与MIL-53(Fe/Cr/Al)复合形成异质结材料(g-C3N4/MIL-53(CMFe-x)、g-C3N4/MIL-53(Al)、g-C3N4/MIL-53(Fe))会提高光催化还原六价铬、光催化析氢、光催化降解有机污染物能力。
未完待续
