化石燃料的过度使用造成了严重的环境污染和能源短缺问题，引起了全世界的广泛关注。为了解决上述问题，迫切需要找到一种清洁能源替代化石燃料，从源头进行控制。在完成完全替代前，还是会产生环境污染(如产生NOx)，所以也需要进行末端治理。氢能是一种理想的清洁能源，燃烧的产物只有水，而且它的能量利用率极高。制备氢能的方法有煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢，还有电催化制氢和光催化制氢。其中，光催化制氢可直接利用太阳能将水转化为氢能，但目前光催化转化效率还很低，因此迫切需要寻找一种高效的光催化剂。同时，也可利用该高效的光催化剂对气体污染物NOx进行降解，从而达到末端治理的目的。目前，半导体光催化剂表现出良好的前景，其中石墨相氮化碳(g-C3N4)和金属有机骨架(metal-organic-framework, MOFs)吸引了研究者的关注。
　　g-C3N4是一种有前景的光催化剂，具有中等带隙(2.7 eV)、无毒且低密度，但由于比表面积小和量子效率低而抑制了光催化活性，限制了其广泛的应用。通过调控形貌结构以及加入金属氧化物构筑异质结结构，可增大g-C3N4的比表面积，进而增加其催化活性位点，同时可降低催化剂的禁带宽度，促进光催化反应的进行，有效提高光催化性能。在此，通过溶剂蒸发和高温煅烧方法制备了Nd2O3/g-C3N4(管状)异质结材料，以实现高效的光催化制氢和净化NO的能力。利用X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附测试(BET)、荧光测试(PL)、电化学阻抗谱(EIS)等表征方法对双功能光催化剂的理化性质进行了分析，结果表明该复合材料相对于通过加热三聚氰胺获得的块状g-C3N4(CN-M)具有更大的比表面积和更快的电子转移速率。最佳样品(1wt%Nd2O3/CN-T，管状g-C3N4命名为CN-T)的光催化产氢速率为4355.34μmol·g?1?h-1，是CN-M的9.46倍；NO的去除率为54.48%，比CN-M高32.32％。基于紫外漫反射(UV-vis)和莫特肖特基(Mott-Schottky)实验结果，计算得出CN-T和Nd2O3的CB和VB的位置。结果表明在光激发下，由于Nd2O3的VCB略低于CN-T的VCB，CN-T中CB的电子很容易转移到Nd2O3的CB上，同理Nd2O3的VB上的空穴易转移到g-C3N4的VB上，有效抑制了光生电子-空穴的复合，进一步促进了电荷的有效分离和运输。这项工作可以提供一种通过双因素调控(调控形貌结构以及加入金属氧化物构筑异质结结构)来制备管状g-C3N4基复合材料，以同时提高光催化制氢和有效去除NO的能力，以达到优异的双功能应用的目的。
　　NH2-MIL-125(Ti)是一种典型的Ti基MOFs材料，具有比表面积高、成本较低、无毒且对水/光稳定的优点，在光催化领域中显示出广阔的应用前景。但NH2-MIL-125(Ti)具有光生电子-空穴复合率高和电导率低等缺点，导致其光催化性能差。对NH2-MIL-125(Ti)构筑缺陷工程改性，可创造更多的孔隙空间，有效增强扩散和传质；可调控带隙结构，并提高电导率，从而有效改善光催化性能。在此，通过一步式加热搅拌方法，制备了富含配体缺陷结构的NH2-MIL-125(Ti)基光催化剂，实现了高效的光催化NO净化和氢气生成的性能。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重(TG)、XRD等表征测试结果表明缺陷材料成功制备，其中在65℃制备的65-NMIL样品配体缺陷含量最高；通过UV、PL、EIS和光电流密度测试表征，得知制备的缺陷样品能扩展光吸收范围，有效促进光生电子-空穴的分离，其中65-NMIL表现出最佳的光吸收能力和光生载流子的分离效率。65-NMIL的NO的去除率为65.49%，比NH2-MIL-125(Ti)高37.57%；其光催化析氢量(4h累积量)为4272.97μmol·g?1，是NH2-MIL-125(Ti)的2.22倍，这些工作表明了65-NMIL是一种极具潜力的双功能光催化剂。PL和UV测试结果表明NH2-MIL-125(Ti)成功引入缺陷结构后，能有效促进可见光吸收，减弱光生电子-空穴的复合，从而有效提高其光催化性能。这项工作可以提供一种简易的加热合成法制备MOFs配体缺陷的方法，为通过配体缺陷工程制备优异的MOFs光催化剂提供了新的思路。
　　本文中，我们成功制备了Nd2O3/CN-T异质结材料和富含缺陷的NH2-MIL-125(Ti)材料。这两种光催化材料都具有较小的禁带宽度和较低的光生电子空穴对的复合效率，表现出优异的光解水产氢和净化NO的性能。这为过度使用化石燃料造成的严重的环境污染和能源短缺问题提供了一种源头控制和末端治理的解决思路。