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通过太阳能驱动的光催化产氢(H2)是一种非常有前景的可替代能源,有望缓解日益严重的全球能源危机和环境污染问题。最近,氮化碳(g-C3N4)作为一种重要的非金属半导体,在可见光催化水分解产氢方面受到广泛的关注。然而,g-C3N4上电子-空穴对的结合较快,导致光催化活性不能令人满意。为了解决上述难题,本论文设计并合成了基于g-C3N4的高效异质结构光催化剂,以增强电子-电荷分离从而提高光催化活性。此外,本论文研究了在g-C3N4基异质结构光催化剂中电子和空穴传输的机理。本研究包括三个部分,概述如下:在第一部分中,我们合成了一种高效的可见光驱动的C3N4/CoTTP Ⅱ型异质结构光催化剂,通过在g-C3N4表面上修饰介孔四苯基卟啉钴(Ⅱ)(CoTPP)分子,应用于水分解生产H2。CoTPP分子的引入不仅增强了可见光的吸收,而且通过形成C3N4/CoTPPⅡ型异质结加速了电荷的转移。当g-C3N4上负载4 wt%的CoTPP时,在可见光(λ≥420 nm)下,C3N4/CoTPP复合催化剂的H2释放速率提高至46.93 μmol h-1,是g-C3N4(17.21 μmol h-1)的2.73倍。此外,C3N4/4 wt%CoTPP复合材料在长达20小时的连续照射下,对光催化产氢表现出出色的稳定性。通过CoTPP共轭作用制备的的g-C3N4基光催化剂显着提高了可见光照射下水分解生氢的催化效率和稳定性。这项研究为开发其它高效的基于g-C3N4的光催化系统提供了新的思路。在第二部分中,通过π-π相互作用在g-C3N4纳米片表面上修饰镍(Ⅱ)-3-吡啶基苯并咪唑(NPBIm)分子来制备高效的C3N4/NPBIm异质结构光催化剂。g-C3N4/NPBIm催化界面处的电荷转移得到改善。当在可见光照射下(λ≥420 nm),负载6 wt%NPBIm分子时,H2释放速率可达到46.97 μmol h-1,是纯g-C3N4(13.47 μmol h-1)的3.5倍,在420 nm处的相应量子效率为5.13%。此外,C3N4/NPBIm复合材料在循环实验中对H2的析出表现出极好的稳定性,这表明了这种复合光催化剂在实际应用中具有很高的潜力。从光致发光光谱,时间分辨光致发光光谱和光电化学结果清楚地看出,这种复合设计使g-C3N4与NPBIm分子之间电子-空穴对的分离和迁移得到了极大的增强。这项研究对设计和开发其他高效的异质结构光催化剂,改善可见光水解产氢具有指导意义。在第三部分中,我们通过超声处理在g-C3N4表面修饰CoBP分子,实现有效的水分解产氢,制备出一种新型的C3N4/CoBP复合光催化剂。所合成的C3N4/CoBP复合光催化剂在水分解测试中表现出显着的光催化性能,在可见光(λ＞420 nm)下H2产率达到51.68μmol h-1,约为g-C3N4(13.4μmol h-1)的3.8倍。同时,C3N4/CoBP复合光催化剂在长时间可见光照射下表现出良好的稳定性和可回收性。该C3N4/CoBP复合光催化剂出色的光催化性能主要归因于g-C3N4与非晶态CoBP分子之间异质结的形成,加速了光生载流子的迁移和分离,并有效地抑制了电荷重组。总的来说,这项研究为高效复合光催化剂的设计和合成提供了新的方向。