Hierarchical Design of 2D Carbon Nitride and Derivatives for Next‐Generation Energy Conversion and Storage Technologies
Source abstract
Abstract
Abstract Two‐dimensional graphitic carbon nitride (2D g‐C 3 N 4 ) has attracted extensive attention in energy conversion and storage due to its unique visible‐light response, tailorable band gap, favorable electrical properties, facile functionalization, and high physicochemical stability. However, there are few reviews on the comprehensive applications of 2D g‐C 3 N 4 and its derivatives for energy conversion and storage. To address this gap, this review provides an in‐depth examination of the structural features and physicochemical properties of g‐C 3 N 4 . Subsequently, a critical analysis of the synthesis and modification strategies of 2D g‐C 3 N 4 and its derivatives is presented. The study investigates the rational design and applications of these materials in various energy conversion and storage systems, including catalysis, batteries, supercapacitors, solar cells, fuel cells, and biomass valorization. Finally, this review discusses the existing challenges and future prospects of employing 2D g‐C 3 N 4 in energy conversion and storage, offering valuable insights for developing next‐generation energy technologies.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Advanced Photocatalysis Techniques · 2D Materials and Applications · Ga2O3 and related materials
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
National Key Laboratory for the Development and Utilization of Forest Food Resources Jiangsu Co‐Innovation Center of Efficient Processing and Utilization of Forest Resources International Innovation Center for Forest Chemicals and Materials Nanjing Forestry University Longpan Road 159 Nanjing 210037 China
Funding
National Natural Science Foundation of China
References (100+)
Show source-provided references
1. 10.1016/j.ref.2024.10054510.1016/j.ref.2024.100545 ↗
2. 10.1038/nenergy.2017.12510.1038/nenergy.2017.125 ↗
3. 10.1016/j.est.2023.10869410.1016/j.est.2023.108694 ↗
4. 10.1038/s41560-025-01716-w10.1038/s41560-025-01716-w ↗
5. 10.1016/j.nanoen.2025.11074510.1016/j.nanoen.2025.110745 ↗
6. 10.1038/s41586-025-08630-x10.1038/s41586-025-08630-x ↗
7. 10.1021/acs.chemrev.4c0013310.1021/acs.chemrev.4c00133 ↗
8. 10.1038/s41929-025-01292-y10.1038/s41929-025-01292-y ↗
9. 10.1002/adfm.20210254010.1002/adfm.202102540 ↗
10. 10.1002/adfm.20241918210.1002/adfm.202419182 ↗
11. 10.1021/acsnano.4c0238710.1021/acsnano.4c02387 ↗
12. 10.1016/j.jece.2024.11395110.1016/j.jece.2024.113951 ↗
13. 10.1038/s41467-023-42887-y10.1038/s41467-023-42887-y ↗
14. 10.1021/jacs.4c1523510.1021/jacs.4c15235 ↗
15. 10.1016/j.cej.2024.14915510.1016/j.cej.2024.149155 ↗
16. 10.1002/adfm.20230593510.1002/adfm.202305935 ↗
17. 10.1039/D2EE02680E10.1039/D2EE02680E ↗
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19. 10.1016/j.jcis.2021.12.00610.1016/j.jcis.2021.12.006 ↗
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24. 10.1002/anie.20170238610.1002/anie.201702386 ↗
25. 10.1038/nmat231710.1038/nmat2317 ↗
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32. 10.1007/s40820-017-0148-210.1007/s40820-017-0148-2 ↗
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41. 10.1021/acs.chemrev.6b0007510.1021/acs.chemrev.6b00075 ↗
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43. 10.1016/j.jhazmat.2017.07.05610.1016/j.jhazmat.2017.07.056 ↗
44. 10.1039/C4TA04594G10.1039/C4TA04594G ↗
45. 10.1016/j.jallcom.2021.16302310.1016/j.jallcom.2021.163023 ↗
46. 10.1016/j.apcatb.2024.12449610.1016/j.apcatb.2024.124496 ↗
47. 10.26599/NR.2025.9490704710.26599/NR.2025.94907047 ↗
48. 10.1038/s41929-020-0476-310.1038/s41929-020-0476-3 ↗
49. 10.1002/anie.20230793010.1002/anie.202307930 ↗
50. 10.1039/c3cp53774a10.1039/c3cp53774a ↗
51. 10.1002/anie.20180247210.1002/anie.201802472 ↗
52. Li C. · Carbon Energy · 2025 · 7, e641
53. 10.1021/acsami.7b0663710.1021/acsami.7b06637 ↗
54. 10.1016/j.diamond.2018.04.02710.1016/j.diamond.2018.04.027 ↗
55. 10.3390/nano904056810.3390/nano9040568 ↗
56. 10.1016/j.jcis.2019.08.04010.1016/j.jcis.2019.08.040 ↗
57. 10.1016/j.apcatb.2019.11795710.1016/j.apcatb.2019.117957 ↗
58. Jiang R. · J. Alloys Compd. · 2022 · 920
59. Liu J. · Adv. Funct. Mater. · 2024 · 35
60. 10.1038/s41586-022-04863-210.1038/s41586-022-04863-2 ↗
61. 10.1021/acscatal.2c0023310.1021/acscatal.2c00233 ↗
62. 10.1126/science.120044810.1126/science.1200448 ↗
63. 10.1002/adma.20150193910.1002/adma.201501939 ↗
64. 10.1016/j.apcatb.2019.03.02510.1016/j.apcatb.2019.03.025 ↗
65. 10.1002/adfm.20230131110.1002/adfm.202301311 ↗
66. 10.1016/j.apcatb.2022.12137210.1016/j.apcatb.2022.121372 ↗
67. 10.1016/j.apcatb.2020.11862410.1016/j.apcatb.2020.118624 ↗
68. 10.1021/acsanm.0c0144410.1021/acsanm.0c01444 ↗
69. 10.1016/j.jallcom.2022.16402810.1016/j.jallcom.2022.164028 ↗
70. 10.1016/j.jmst.2021.03.02510.1016/j.jmst.2021.03.025 ↗
71. 10.1016/j.apcatb.2020.11945610.1016/j.apcatb.2020.119456 ↗
72. 10.1038/s41467-025-61185-310.1038/s41467-025-61185-3 ↗
73. 10.1002/chem.20180320110.1002/chem.201803201 ↗
74. 10.1039/C4CC02676D10.1039/C4CC02676D ↗
75. 10.1002/admi.20170033910.1002/admi.201700339 ↗
76. 10.1016/j.ccr.2024.21584910.1016/j.ccr.2024.215849 ↗
77. 10.1016/j.joule.2021.12.01110.1016/j.joule.2021.12.011 ↗
78. 10.1016/j.apcatb.2019.03.01210.1016/j.apcatb.2019.03.012 ↗
79. 10.1016/j.apcatb.2019.11828110.1016/j.apcatb.2019.118281 ↗
80. 10.1039/D0CY01124J10.1039/D0CY01124J ↗
81. 10.1002/adma.20150003310.1002/adma.201500033 ↗
82. 10.1021/acscatal.5b0292210.1021/acscatal.5b02922 ↗
83. 10.1016/j.apcatb.2024.12399310.1016/j.apcatb.2024.123993 ↗
84. 10.1016/j.apsusc.2016.07.03010.1016/j.apsusc.2016.07.030 ↗
85. 10.1021/jacs.8b0895610.1021/jacs.8b08956 ↗
86. 10.1016/j.jmst.2019.09.01810.1016/j.jmst.2019.09.018 ↗
87. 10.1039/c3cy20878h10.1039/c3cy20878h ↗
88. 10.1039/C5TA04573H10.1039/C5TA04573H ↗
89. 10.1016/j.apsusc.2015.07.07110.1016/j.apsusc.2015.07.071 ↗
90. 10.1021/acs.macromol.9b0089410.1021/acs.macromol.9b00894 ↗
91. 10.1016/j.jallcom.2024.17689110.1016/j.jallcom.2024.176891 ↗
92. 10.1016/j.enchem.2023.10011210.1016/j.enchem.2023.100112 ↗
93. 10.1016/j.apmate.2021.10.00410.1016/j.apmate.2021.10.004 ↗
94. 10.1016/j.apcatb.2025.12541910.1016/j.apcatb.2025.125419 ↗
95. 10.1021/jacs.5c0060310.1021/jacs.5c00603 ↗
96. 10.1002/anie.20200674710.1002/anie.202006747 ↗
97. 10.1038/s41586-022-04978-610.1038/s41586-022-04978-6 ↗
98. 10.1038/s41565-022-01087-310.1038/s41565-022-01087-3 ↗
99. 10.1038/s41467-019-08731-y10.1038/s41467-019-08731-y ↗
100. 10.1039/D1EE02369A10.1039/D1EE02369A ↗