Graphitic carbon nitride, g-C3N4, is a polymeric material consisting of C, N, and some impurity H, connected via tris-triazine-based patterns. Compared with the majority of carbon materials, it has electron-rich properties, basic surface functionalities and H-bonding motifs due to the presence of N and H atoms. It is thus regarded as a potential candidate to complement carbon in material applications. In this review, a brief introduction to g-C3N4 is given, the methods used for synthesizing this material with different textural structures and surface morphologies are described, and its physicochemical properties are referred. In addition, four aspects of the applications of g-C3N4 in catalysis are discussed: (1) as a base metal-free catalyst for NO decomposition, (2) as a reference material in differentiating oxygen activation sites for oxidation reactions over supported catalysts, (3) as a functional material to synthesize nanosized metal particles, and (4) as a metal-free catalyst for photocatalysis. The reasons for the use of g-C3N4 for such applications are also given, and we expect that this paper will inspire readers to search for further new applications for this material in catalysis and in other fields.

Crystalline graphitic carbon nitride (CCN) surpasses pristine graphitic carbon nitride (CN) in photocatalytic efficacy due to its well-organized structures that can facilitate the separation and migration of charge carriers. However, the performance improvement of CCN is hindered by limited surface adsorption and/or reaction sites. This review paper elucidates the crucial role of highly photocatalytic active CCN in addressing challenges related to energy resource depletion and environmental pollution. Initially, the synthesis procedures of CCN, such as molten-salt, solvothermal, template and self-assembly methods are concisely outlined. Subsequently, strategies for CCN modification are highlighted, including morphological control, defect engineering, composite construction and single-atom modification. Finally, the future development of CCN is outlined, addressing existing challenges and opportunities.

The nitrogen oxide emissions originating from combustion pose significant risks to the environment. Photocatalysis is considered an efficient and environmentally friendly strategy to alleviate this problem. Graphitic carbon nitride (g-C3N4) is regarded as one of the most promising organic photocatalytic materials for environmental purification. However, its small specific surface area, weak adsorption and high recombination rate of charge carriers result in low intrinsic photocatalytic activity. To overcome these obstacles, a hydrothermal treatment of dicyandiamide-derived g-C3N4 (DCN) at different temperatures (140–200 °C) was employed to enhance the photocatalytic activity for NO oxidation. The experimental results demonstrated a significant improvement in the photocatalytic oxidation removal rate of NO after a hydrothermal treatment. The optimal photocatalyst, DCN-180, treated at 180 °C, demonstrated the highest NO removal efficiency (65.0 %), which is twice the value of pristine DCN (32.5 %). Additionally, the formation of the toxic intermediate NO2 was effectively suppressed during the reaction. Photoelectrochemical tests revealed that DCN-180 exhibited higher photocurrent density and smaller impedance radius compared to the untreated g-C3N4 sample. Moreover, density functional theory (DFT) calculations confirmed that the DCN-180 sample showed a stronger ability to adsorb O2 and NO. The enhanced photocatalytic NO oxidation performance of DCN − 180 has been primarily attributed to its enlarged specific surface area (from 10.7 to 35.5 m2 g−1), local polarization effect, reduced interfacial charge transfer resistance, and improved adsorption abilities for NO and O2 molecules. This study provides valuable insights for designing and preparing highly efficient g-C3N4 based photocatalysts through surface modification for photocatalytic NO purification.

L-asparaginase (ASNase, EC 3.5.1.1) is an enzyme with wide applications in the pharmaceutical sector and food processing industries. It is mainly used as a biotherapeutic for treating Acute Lymphoblastic Leukemia (ALL) and to reduce acrylamide formation in starchy compounds. Despite its relevance, current purification methods for microbial enzymes involve complex and expensive techniques. To overcome this drawback, Carbon Xerogels (CXs) were here investigated as novel adsorbents to be applied in an one-step ASNase purification process, using a flow-through-like setup, from a cell extract of genetically engineered Bacillus subtilis. Different operating conditions were studied for optimizing the adsorption onto CXs, including total protein concentration (3–15 mg/mL), CXs amount (12, 18 and 24 mg), and adsorption volume of cell extract (1.5, 2.0 and 15 mL). Ultimately, CXs were packed into a column to evaluate the feasibility of semi-continuous ASNase purification. CXs have high affinity for other proteins present in the cell extract, while leaving ASNase in the supernatant or eluted sample. Purification folds of 2.5 and 3.8 for ASNase were obtained in batch and semi-continuous experiments, respectively, revealing the potential of CXs as novel adsorbent materials for ASNase purification directly from a complex matrix.