石墨碳氮化物（g-C₃N₄）是一种用于理想的人工光合作用的无金属光催化剂。目前，原始的g-C₃N₄具有比表面积小，长波长光吸收差，电荷迁移率低，在较长波长处的光吸收差，电荷迁移率低以及光生电子-空穴对的复合率高的问题，这极大地限制了其性能。在众多的修饰策略中，点缺陷工程（即可调的空位和掺杂剂引入），能够利用g-C₃N₄的出色结构，光学和电子性质来获得改善的光催化活性。鉴于这一领域的蓬勃发展，及时回顾g-C₃N₄点缺陷工程技术的最新进展对促进太阳能转换具有至关重要的意义。

有鉴于此，厦门大学马来西亚分校Wee-Jun Ong等人，详细介绍了点缺陷的作用、点缺陷的合成、表征和系统控制，以及有缺陷的g-C₃N₄基纳米材料在光催化水分解，二氧化碳还原和固氮方面的广泛应用。

本文要点

1）系统地综述了g-C₃N₄的点缺陷工程，包括点缺陷在g-C₃N₄中的核心作用，合成策略和表征以及有缺陷的g-C₃N₄基纳米材料在许多光氧化还原能量过程中的应用。通过大量的研究活动，可以明显地看出，引入点缺陷，无论是空穴还是掺杂剂，在修饰g-C₃N₄的表面、光学和电学性能方面是强有力的，因此提高了光催化在水分解、二氧化碳还原和固氮方面的性能。总的来说，g-C₃N₄纳米材料在引入点缺陷后会发生一些显著的变化，如1)可调谐带隙，2)缺陷诱导的中间隙，3)增大表面积，4)抑制光生电子和空穴的复合，5)改善反应物分子的吸附和活化。

2）关于g-C₃N₄的点缺陷工程的未来建议包括：a）当前，缺乏可靠的方案来对缺陷进行准确而统一的工程设计。值得注意的是，g-C₃N₄的常见合成问题是其趋于聚集，这需要进行分层工艺才能实现缺陷的均匀引入。此外，所开发的合成方法应低成本且可扩展，以允许可控制的有缺陷催化剂的大规模生产，迄今为止，这仍然是一个巨大的挑战。b）缺陷材料发展的另一个重要障碍是现有材料表征方法在精确识别和量化g-C₃N₄缺陷方面的局限性。揭示缺陷的稳定性可以在阐明缺陷对催化活性的有效机制中起重要作用。c）缺陷和g-C₃N₄的不同形态对光催化活性的影响之间的关系需要更多的探索，值得从实验和计算分析等方面进行详细研究。d）g-C₃N₄缺陷研究的进一步方向可以集中在缺陷集成复合材料结构的设计上。e）此外，光驱动与其他电化学或生物催化反应的结合也是一种创新和先进的概念。

参考文献：

Xinnan Yu et al. Point‐Defect Engineering: Leveraging Imperfections in Graphitic Carbon Nitride (g‐C₃N₄) Photocatalysts toward Artificial Photosynthesis. Small, 2021.

DOI: 10.1002/smll.202006851

https://doi.org/10.1002/smll.202006851