光电催化分解水制氢和降解有机物被认为是很有潜能解决当今社会面临的能源和环境问题的有效手段之一。近年来,光电化学催化材料,如Ti O₂、Cd S、g-C₃N₄、Mo Se₂等受到广泛关注。其中,石墨氮化碳（g-C₃N₄）由于具有良好的可见光响应、成本低、化学稳定性好以及合适的能带位置等优点受到了极大的青睐。然而纯g-C₃N₄比表面积小,量子转换效率低以及电子空穴复合率高等缺点导致其光催化效率不高。因此,许多策略被用于提高g-C₃N₄光催化性能,如缺陷调控、负载贵金属、半导体敏化以及构建异质结等。其中,构建异质结不仅可以增加光的吸收,还可以大大降低电子空穴对复合率,被认为是最有效的改善方法之一。本文主要围绕着g-C₃N₄半导体材料,通过构建g-C₃N₄基异质结的方式来改善其光催化性能。由于Ⅱ型异质结能有效地促进光吸收和电子空穴对的分离,因此我们采用简单经济的方法制备了g-C₃N₄/Cd SⅡ型异质结。首先采用NH₃处理Ti O₂纳米管阵列,以得到导电性强的Ti N纳米管阵列。再使用简单液相原子层沉积（LALD）方法制备g-C₃N₄,使其包覆在Ti N上,形成Ti N/g-C₃N₄纳米管阵列。然后再通过连续离子层吸附反应法（SILAR）在其表面继续包覆Cd S量子点,得到一种新型的纳米管阵列核/壳结构。在此结构中,Ti N作为良好的导电骨架,而g-C₃N₄/Cd S形成了Ⅱ型异质结光催化体系。结果表明g-C₃N₄/Cd S异质结光电化学性能得到大大提升。特别是在模拟太阳光照射及0 V偏压下,的最佳光电流密度几乎是的120倍。与Ⅱ型异质结对比,Z型异质结不仅促进了光生电子-空穴对的分离,而且保留了电子的强还原性和空穴的强氧化性,被认为是一种理想的光催化能带结构。本文中我们使用HSE06杂化密度泛函理论计算研究发现了一种基于g-C₃N₄的Z型异质结光催化材料。首先我们构建了g-C₃N₄/Mo Se₂异质结,但是结果表明g-C₃N₄/Mo Se₂为Ⅰ型异质结结构,这不利于电子空穴对的分离。为了改善其光催化性能,将硼（B）元素掺杂在g-C₃N₄中形成B掺杂的g-C₃N₄与Mo Se2的异质结（B-doped g-C₃N₄/Mo Se2）。详细研究其电荷转移机理后发现,B-doped g-C₃N₄/Mo Se₂异质结为Z型光催化体系。由此可知,我们通过B元素掺杂,精确调控异质结的能带结构,成功将I型异质结转变为更有利的Z型异质结结构,从而得到了一种新型的光催化材料。结果表明此Z型异质结极大地促进了光催化性能。