人类社会对化石能源的过渡依赖导致了严峻的能源和环境问题。氢气(H2)能量密度高(142 MJ kg-1),燃烧无碳排放污染,有望成为未来理想的能源载体。自从TiO2在紫外光照射下裂解水产生H2的报导以来,利用半导体光/电催化裂解水制H2被认为是转化可再生太阳能为可储备氢能的有效方案之一。其原理是利用半导体在光照下激发出电子与空穴,迁移至半导体表面后分别发生还原与氧化反应并生成H2与O2。时至今日,已有大量的半导体光解水制氢催化剂被报导,包括金属基氧化物、硫化物、氮化物等等。近几年来,有机非金属石墨相氮化碳(g-C3N4)半导体被发现是一种光催化明星材料,其优点在于合成简易、价格低廉,化学稳定、无毒。然而,作为一种碳氮聚合物,g-C3N4激子束缚能较大,光生电荷的分离和传输能力较差,大大制约了 g-C3N4的光催化产H2效率。此外,g-C3N4带隙约为2.7 eV,只能吸收紫外光和极为有限的可见光。这些光电物性限制着g-C3N4的光催化活性及其产业应用。针对上述典型问题,我们实施了一系列表面配置助催化位点的方案,以促进g-C3N4内电子-空穴对的分离,并拓展可见光甚至近红外光的吸收,合成的g-C3N4基纳米复合光催化剂展现出显著提升的光催化制氢效能。具体工作内容为:1.用两步煅烧法制备g-C3N4(CN)超薄纳米片粉末,并分别装载高纯金属1T相MoS2 纳米点(1T-MNDs)和 1T 相 MoS2纳米片(1T-MNSs),合成出 CN/ND 和 CN/NS两种异质复合催化剂。结果表明,CN/ND以及CN/NS和纯CN相比制氢效果都有显著提高,其中CN/ND复合样品光催化活性比CN/NS提高了近一倍,高达5.6 mmol g-1 h-1,甚至可以和搭载等量金属铂(Pt)的复合样品(CN/Pt)媲美,这是由于1T金属相的MoS2具有高导电率及较低的费米能级,能有效地捕获CN中的光生电子,大大提升了CN的光生电荷分离利用效率。此外,1T-MNDs相比1T-MNSs具有更多的边缘活性位点,使得CN/ND 比 CN/NS具有更高的光催化活性。2.利用一步光沉积法,在超薄CN纳米片表面可控沉积单分散的金属镍纳米颗粒(NNPs),形成CN/NNPs纳米异质复合光催化剂,研究了 NNPs诱导的光热效应对光催化制氢活性的影响。结果表明,CN/NNPs复合催化剂在模拟太阳光照射下两个小时内温度升高近80℃,产氢速率高达12.23 mmol g-1 h-1。优越的光催化活性归因于:(1)NNPs提供助催化位点,有效捕获CN的光生电子,加速电荷分离、传输、注入至质子还原析氢反应;(2)NNPs表面等离子效应能补充吸收可见-近红外光,增强异质界面局域电磁场,促进CN光生电荷的激发和传输;(3)等离子弛豫热转化效应被证实贡献于光催化析氢活性,为开发助催化剂的多功能性提供了创新思路。