In this paper, an ultrathin 2D/2D Ti3C2/g-C3N4 heterojunction was synthesized by direct calcination the mixture of bulk Ti3C2 and urea, where urea not only acts as the gas template to exfoliate Ti3C2 into nanosheets, but also as the precursor of g-C3N4 to craft Ti3C2/g-C3N4 heterojunction. CO2 photoreduction activity tests reveal that pure g-C3N4 (UCN) exhibits very weak photoactivity. However, when Ti3C2 was coupled with g-C3N4, the photocatalytic performance is soaringly enhanced. The optimal sample (10TC) shows the yields of 5.19 and 0.044 μmol h−1 g−1 for CO and CH4, respectively, and the total CO2 conversion is 8.1 times higher than that of UCN. The enhanced CO2 photoreduction activity is mainly attributed to the combined effects of (1) improved CO2 adsorption and activation, and (2) the construction of ultrathin 2D/2D Ti3C2/g-C3N4 heterojunction, where the intimate contact stimulates an efficient spatial separation of photo-excited charge carriers.

As a promising metal-free photocatalyst, graphitic carbon nitride (g-C3N4) has attracted increasing attention. However, from the viewpoint of practical application, the quantum efficiency of g-C3N4 needs to be further improved. In this article, carbon dots (C-dots) modified g-C3N4 hybrid was successfully prepared by a novel strategy using C-dots and dicyandiamide as starting materials. The photocatalyst was characterized by scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), FT-IR, UV–Vis diffuse reflectance spectrum (DRS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), powder photoluminescence (PL) and surface photovoltage spectrum (SPS). Both the photocatalytic activity of C-dots modified g-C3N4 was evaluated by degradation of Rhodamine B under UV irradiation and photocatalytic hydrogen production under visible irradiation. The experimental results show that C-dots modification causes the lattice distortion of g-C3N4. With increase in the loading amount of C-dots, the photocatalytic activity of g-C3N4 increase first and then decrease. g-C3N4 modified with 0.25 wt.% C-dots shows the highest photocatalytic activity, which is 3 times higher than pristine g-C3N4. C-dots act as electron-sinks, which prevent the recombination of photo-generated electron-hole pairs, enhancing the photocatalytic activity of g-C3N4. However, too much C-dots become recombination centers, which is detrimental to the photocatalytic activity of g-C3N4.