能源过耗和环境污染现今是全人类面临的严峻问题。近年来,利用太阳能的光催化技术在分解水制氢和有机污染物降解中得到了广泛研究和关注,在获得绿色氢能和水环境治理方面显示出潜在的应用前景。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为一种优异的非金属半导体光催化剂,具有约为2.7 eV的带隙值,可以吸收可见光,同时其原料廉价易得、制备过程简单和化学性质稳定等优势明显。然而,g-C₃N₄在光催化领域的实际应用并不如想象中的那样盛行,比表面积较小、光生载流子重组率较高等问题都制约了它的发展。因此,增加表面活性位点、改善电荷传输速率、提高载流子分离效率等仍是g-C₃N₄的重点研究课题。针对这些问题,本论文对g-C₃N₄进行微观结构调控、助催化剂修饰及金属/非金属元素双掺杂等改性手段,成功制备了超薄介孔g-C₃N₄、RhP_x/g-C₃N₄和Cu/Cl-g-C₃N₄光催化剂,采用先进的结构表征技术详细探讨了这些光催化剂的微观形貌、微观结构、理化性质、光电特性以及光催化性能,也对它们在光催化反应过程中的电荷行为机制和反应机理进行了细致的研究,具体如下:（1）可控制备了具有超薄介孔结构的g-C₃N₄光催化剂,其显示出优异的光催化降解和分解水制氢活性。研究表明,以碳酸铵和尿素作为前驱体的一步煅烧法制备的超薄介孔氮化碳（umpg-C₃N₄）,相比于g-C₃N₄明显增大了比表面积、增加了更多的反应活性位点,丰富了分子输运通道,有效的抑制了光生载流子的复合,加快了电荷的传输速率,从而大幅提升了光催化降解双酚A（BPA）和分解水制氢活性。7:10 umpg-C₃N₄显示出最佳的光催化活性,其光催化降解BPA的降解率在60 min内可达到56.9%,明显高于g-C₃N₄ 38.2%的降解率;另外,7:10 umpg-C₃N₄的光催化产氢速率达到了908 mmol g^-1 h^-1,约为g-C₃N₄(426mmol g^-1 h^-1)的2.1倍,并且在420 nm的表观量子效率（AQE）达到了4.4%。光催化降解BPA和光催化制氢循环实验表明,umpg-C₃N₄具有较高的光催化稳定性和可重用性。对于光催化降解BPA的机理进行了详细研究,结果证明在对光催化降解BPA的影响方面,空穴（h⁺）、超氧自由基（·O₂^-）和羟基自由基（·OH）对降解过程的影响顺序为h⁺>·O₂^->·OH。（2）以RhP_x纳米物种和2D g-C₃N₄纳米片为前驱体可控制备了RhP_x/g-C₃N₄复合光催化剂,其具有出色的光催化制氢活性和稳定性。研究表明,RhP_x纳米物种作为助催化剂牢固地负载在2D g-C₃N₄表面产生了强界面相互作用,提高了电荷迁移能力和载流子分离效率,进而显示出优异的光催化制氢活性和稳定性。RhP_x/g-C₃N₄-5%复合光催化剂的产氢速率(3055.9μmol h^-1 g^-1)约为Pt/g-C₃N₄(547.0μmol h^-1 g^-1)的5.6倍,表观量子效率（AQE）在420 nm时更是达到了18.4%,远高于已报道的单一过渡金属磷化物修饰的g-C₃N₄复合光催化剂。与此同时,RhP_x/g-C₃N₄-5%复合光催化剂在经过25次循环累积运行超过100 h的连续反应后仍可以维持稳定的光催化产氢速率,充分证明其具有出色的稳定性和可重用性。光催化机理研究表明,表面形成的Rh-C键可有效促进光生电子从2D g-C₃N₄纳米片向RhP_x纳米物种转移,提高电荷分离效率,增强RhP_x纳米物种在2D g-C₃N₄纳米片表面的稳定性;表面形成的P-Rh键中的Rh和P原子可以作为双质子活性位点产生协同效应提高产氢活性。（3）金属/非金属表面双掺杂的Cu/Cl-g-C₃N₄光催化剂通过静电驱动自组装法和煅烧法被可控制备,该光催化剂的光催化降解活性、稳定性和普适性都非常卓越。研究表明,由于Cu/Cl元素对g-C₃N₄产生的双掺杂效应使其光吸收能力、还原能力和载流子分离效率都得到了显著的提高,光催化性能也得到了大幅增强。Cu/Cl-g-C₃N₄-5%光催化剂对于TC-HCl有着十分高效的光催化降解效率,其速率常数(0.0271 min^-1)约为纯g-C₃N₄(0.0067 min^-1)的4倍,而且对多种持久性有机污染物显示出高效的降解能力,在60 min内降解邻氯苯酚、双酚A和2-巯基苯并噻唑的降解率高达48.7%、50.4%和73.6%,远高于纯g-C₃N₄的5.5%、9.8%和25.9%。光催化降解机理研究表明,空穴和·O₂^-对降解TC-HCl产生的影响最大,其次是空穴,而·OH的影响相对较小。