由于缺乏实时分子级监测技术[4][5]，对反应机理（尤其是固液界面处的反应机理）的基本认识仍然有限。实时ATR-FTIR光谱技术已被证明是研究操作条件下表面反应的强大分析工具[6][7][8]，它能够实时追踪催化剂界面处反应物、中间体和产物中官能团的振动特征。应用于光催化系统时，原位ATR-FTIR为反应路径、表面相互作用及控制降解和转化过程的动力学提供了关键信息。当光诱导的电荷载流子在界面处停留时间超过其振动周期（10⁻¹⁴–10⁻¹³秒）时，可能会影响原子核的能级，从而导致光谱变化[9]。峰位和强度的微小变化会影响光谱线形，而显著的光谱变化有助于区分受附近电荷载流体影响与未受影响的分子[10][11][12]。
无金属纳米材料作为一类有前景的光催化剂，具有化学稳定性高、带结构可调、环境兼容性好以及在可见光照射下电荷分离效率高等优点。尽管碳氮化物（g-C₃N₄）和硼氮化物（h-BN）在光催化降解有机化合物（包括染料、药物和生物质衍生物）方面展现出巨大潜力，但由于其较大的带隙能量和较低的光催化活性[13][14]，在实际应用中仍面临挑战。通过整合硼、碳和氮元素，可以制备出具有多种物理化学特性的新型材料[15][16][17]。硼碳氮化物（BCN）是一种层状化合物，具有类似石墨的晶体结构，层间距约为0.349纳米，其中硼和氮原子替代了晶格中的碳原子[13][14][15]。通过调控其化学组成和结构排列，可以有效地调节BCN的物理化学性质[18][19][20]。
苯酚及其衍生物是工业废水中最常见的有机污染物之一，尤其来自石化、塑料和制药行业。由于其高毒性和在水环境中的持久性，苯酚被美国环保署列为优先治理的污染物。传统的处理方法（如生物氧化、吸附和化学氧化）在实现完全矿化方面存在局限性，或会导致二次污染。亚甲蓝（MB）是一种用于纺织品、纸张和临床诊断的阳离子噻嗪类染料，微量存在（μg L⁻¹）即可产生强烈颜色，并对水生生物具有毒性；因此，许多地区将含有MB的废水列为优先治理对象[21][22]。鉴于这些挑战，开发光催化方法为在阳光照射下完全矿化这类难处理污染物提供了可持续且高效的技术方案。此外，甲醇的光催化转化在环境修复和可持续燃料生产方面具有重要意义：甲醇既可作为研究光催化机制的模型分子，又可在温和条件下作为生产氢气、甲醛、甲酸和CO的可再生原料。然而，优化这一转化过程需要准确理解催化剂-反应物界面处的基本反应步骤，尤其是在操作条件下。
本研究首次利用原位ATR-FTIR光谱技术，研究了无金属纳米材料g-C₃N₄和BCN上甲醇、苯酚及亚甲蓝的光催化转化和降解过程。通过将实时分子级光谱变化与受控光照条件下的光催化活性直接关联，揭示了此前未被观察到的表面反应机理。这些发现为设计高效、可持续的光催化剂提供了理论基础，以满足环境和能源领域的挑战。
