随着社会和经济快速的发展,半导体光催化剂作为一种环境友好型光催化剂,以其独特的光稳定、抗化学腐蚀等性能,在解决能源和环境问题方面具有广阔的应用前景。在众多半导体光催化剂中,作为一种新型非金属光催化材料类石墨相碳氮化合物（g-C₃N₄）,以其具有独特的二维分子结构、易于调控的光电特性、无毒且成本低等优点,使它成为当今研究的热门材料,可用于如光催化水分解,降解污染物和二氧化碳还原以及生物标记、荧光探针等多功能纳米平台。然而,由于g-C₃N₄材料光生载流子的复合几率很高,可见光吸收范围有限,故单一的g-C₃N₄作为光催化剂活性很低。因此通过分子结构重整,引入缺陷,调节C/N原子比,改变分子共轭结构,继而调控能带结构和形貌,这种方法被认为是提高g-C₃N₄光催化材料活性的有效策略,对进一步理解光催化反应的机理,解决其在能源、环境方面的应用问题有着重要的理论价值和实际意义。因此,本课题基于调控g-C₃N₄能带结构的思路通过原位g-C₃N₄熔盐重整聚合,对g-C₃N₄分子结构、化学计量比进行调控,得到具有良好水溶性的缺陷型g-C₃N₄,实现带隙宽度从约1eV至2.7eV可调;将水溶性石墨相氮化碳材料（Water-soluble Graphitic Carbon Nitride,WS-GCN）作为光敏组份修饰纳米TiO₂,得到宽光谱响应的复合光催化材料。本论文所做的主要工作如下:首先,我们利用高温离子液体（NaCl-KCl熔盐）在前驱体聚合形成g-C₃N₄,同时进行原位插层,对分子层内共轭结构、共轭程度实施干扰,从而实现对g-C₃N₄分子结构进行调整,从而得到缺陷可控的WS-GCN,研究了前驱体和熔融盐的不同质量比对光激发-辐射性能的影响。结果表明,该材料具有较高的荧光量子产率（22%）,比直接聚合的g-C₃N₄提高了4.95倍,不同的电子激发-辐射路径,π^*-n和π^*-π均得到增强,带隙显著变窄,即从2.76eV（g-C₃N₄）变到0.89¹.62eV（前驱体:熔融盐=1:1³:1）,相对应的光吸收范围从460nm变到630⁷91nm。当前驱体与熔融盐的质量比为1:1时,光吸收范围最宽。其次,为了扩大TiO₂光催化材料的吸光范围,通过与WS-GCN进行耦合,合成WS-GCN壳层包覆的TiO₂/WS-GCN核壳结构,研究了不同比例的WS-GCN添加量对光催化性能的影响。结果表明,TiO₂/WS-GCN的光响应范围从385nm（TiO₂）拓宽到了600nm（TiO₂/WS-GCN）,而TiO₂/GCN的可见光吸收范围仅小于或等于460nm。当WS-GCN添加量为5%,LED照射波长为550nm时,TiO₂/WS-GCN复合材料的NO降解率高达55%,具有最佳的光催化性能。最后,为了进一步提高量子效率,进而提高光催化活性,通过在TiO₂/WS-GCN中引入石墨烯。因为石墨烯不仅具有独特的电子传输特性,而且还可以作为二氧化钛光生电子的载体。基于此,通过与WS-GCN复合,制备了WS-GCN包覆的核壳结构的TiO₂/RGO/WS-GCN三元复合材料。研究了不同比例的WS-GCN添加量对光催化性能的影响。结果表明,TiO₂/RGO/WS-GCN的光响应范围从385nm（TiO₂）拓宽到了600nm（TiO₂/RGO/WS-GCN）,而TiO₂/RGO/GCN的可见光吸收范围仅小于或等于450nm。当WS-GCN添加量为5%,LED照射波长为550nm时,TiO₂/WS-GCN复合材料的NO降解率高达60.86%,具有最佳的光催化性能。