物理复合改性是目前最方便的改进方法。选用的复合物主要有金属材料（如普通金属、贵金属化和双金属材料），半导体材料（如金属氧化物、金属氢氧化物、金属硫化物、金属复合物、合成化合物、金属有机框架以及其他），类石墨烯材料（如石墨烯、 氧化石墨烯、碳纳米管等），高分子化合物（如P3HT、PANI等）。复合后g-C3N4的光催化性能都有一定提高，且g-C3N4与复合物质之间并非简单的物理混合，而是充分接触形成异质结。由于二者导带和价带位置的差异，g-C3N4光激发产生的电子或空穴转移至复合物的导带或价带中，电子空穴分离，复合率降低，从而可以更高效地利用光激发产生的活性粒子。复合物的加入还可赋予催化剂一些独特的优点，例如g-C3N4与Fe3O4、Bi25FeO40复合后具有磁性，方便了光催化剂的回收利用。 
介孔石墨相氮化碳
钠掺杂石墨相氮化碳
手性石墨相氮化碳聚合物半导体光催化剂
石墨相g-C3N4聚合物半导体光催化剂
镍掺杂石墨相氮化碳
磷掺杂的介孔石墨类氮化碳(P-mpg-C3N4)
单层石墨相氮化碳纳米片（NMGCNs）
海藻酸钠修饰石墨相氮化碳纳米片
单层石墨相氮化碳纳米片（NMGCNs）
三元金属硫化物-石墨相氮化碳
石墨相氮化碳纳米管(CN-NTs)光催化剂
介孔石墨相氮化碳(CND-SBA15)
血红蛋白(Hb)修饰TiO2纳米线
壳聚糖(CTS)修饰TiO2纳米线
Ag2O纳米线修饰的TiO2纳米管
异质型CuO@TiO2纳米线膜
介孔TiO2/石墨烯修饰的TiO2纳米线
石墨烯量子点/TiO2纳米线复合材料
金纳米线修饰的二氧化钛纳米柱阵列SERS基底材料
Au,CdS纳米粒子修饰TiO2纳米线
Au/g-C3N4金属/氮化碳复合材料
花瓣状γ-Bi2MoO6微米晶
花状纳米球光催化剂Bi2MoO6
钨酸铋(Bi2WO6)量子点/纳米片修饰的石墨相氮化碳(g-C3N4)
Bi2WO6/g-C3N4复合材料
球形氧化亚铜Cu2O修饰Bi2WO6层状微球
石墨烯量子点修饰钼酸铋纳米片 Bi2WO6-GQDs
光响应的聚吡咯/Bi2WO6复合材料