高效利用太阳能的光催化技术是解决能源危机和环境污染的有效途径。然而,光催化技术仍然存在很多缺点,如可见光利用率低,含贵金属光催化材料价格较高等,高效低价的可见光纳米光催化材料已成为研究的热点方向之一。g-C₃N₄是由与石墨烯相类似的二维（2D）片层堆叠而成的,在经过剥离之后,能够成为一种超薄的2D纳米材料。但是,纯的g-C₃N₄纳米片仍然存在着可见光利用率低、电子空穴对快速复合等缺点。基于g-C₃N₄纳米片构建异质结纳米复合材料能够充分利用g-C₃N₄的2D结构,增强可见光吸收率、提高光生电子和空穴分离效率、加速表面催化反应,进而提高其光催化活性。基于此,本论文以2D超薄g-C₃N₄纳米片作为基础结构,构建不同类型的2D/2D纳米光催化异质结,并探索增强g-C₃N₄可见光降解有机污染物以及气相光催化还原CO₂性能的方法,主要取得了以下的研究成果:1.采用热剥离的方式制备超薄g-C₃N₄纳米片,通过质子化过程使得g-C₃N₄静电位变成正电,通过静电自组装效应得到了rGO/g-C₃N₄异质结。相比于g-C₃N₄纳米片,3%rGO/g-C₃N₄的光催化降解MO和还原CO₂速率分别提高了2.19和2.32倍。SEM、TEM、DRS、FTIR和PL表明,制备的rGO/g-C₃N₄具有很强的可见光吸收能力,rGO和g-C₃N₄之间存在强烈的交互作用。rGO/g-C₃N₄纳米复合材料中rGO主要作为电子存储单元,光生电子将存储在rGO中并延缓电子空穴的复合,进而提升光催化性能。2.采用溶剂热法在超薄2D g-C₃N₄原位生成了MoS₂,采用超声剥离的方式得到了2D/2D MoS₂/g-C₃N₄复合材料。相比于g-C₃N₄纳米片,1%MoS₂/g-C₃N₄纳米复合材料的光催化还原CO₂为CO和CH₄总产量分别提高了3.05和2.99倍。光催化机理研究显示MoS₂与g-C₃N₄之间可能形成了直接Z型结构。该研究结果表明2D/2D直接Z型结构的构建不仅能加速电子空穴对分离效率,同时也提高了电子和空穴的氧化还原能力,因而能进一步提高g-C₃N₄纳米片的光催化活性。3.采用溶剂热法在片状石墨烯上原位生成了MoS₂,采用超声剥离的方式得到了2D/2D MoS₂/GO异质结,并通过静电自组装效应与质子化g-C₃N₄纳米片复合,同时采用水热法对GO还原获得三明治结构的2D MoS₂/rGO/g-C₃N₄纳米复合异质结。相比于g-C₃N₄纳米片,2%MoS₂/rGO/g-C₃N₄光催化还原CO₂为CO和CH₄总产量分别提高了7.75和2.89倍。光催化机理显示电子介体rGO的引入所构建的间接Z型结构能进一步提高电子空穴对分离效率并延缓复合。上述主要成果显示,2D/2D纳米复合材料具有表面积大、结合位点丰富以及电子传输距离极短的优势。构建2D/2D纳米复合材料能够提高与反应物的接触面积,并改变电子走向进而延缓电子空穴的复合。此外,构建Z型结构不仅能提高电子空穴的氧化能力,而且能够进一步发挥2D/2D结构电子传输距离短的优势,进而提高光催化性能。