光催化科学与技术通过借助半导体光催化剂,在太阳光照射下产生电子-空穴对参与发生氧化还原反应,完成太阳能到化学能或电能的转化,在解决能源短缺和环境污染方面表现出应用潜力。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是一种具有可见光响应能力的半导体光催化剂（禁带宽度约2.7 eV）,自2009年首次报道后,迅速成为光催化领域的一个研究热点。本论文围绕g-C₃N₄光生电子-空穴复合率高和光吸收能力低两个关键科学问题,通过催化剂微结构的设计和调控,采用温和的方法制备出一系列高可见光活性g-C₃N₄基光催化材料。首先开展了二维g-C₃N₄/TiO₂异质结构建与光催化性能研究:基于仿生矿化和热剥离方法,制备了g-C₃N₄/TiO₂纳米片复合光催化剂,制备过程绿色可控,热剥离过程同时实现了g-C₃N₄片层剥离和TiO₂结晶化,适宜的能带匹配促进了光生电子-空穴对分离,增强了光催化降解污染物效率。为了进一步拓展可见光吸收,在上述工作基础上采用儿茶酚诱导贵金属Ag沉积,构建了三元g-C₃N₄/TiO₂/Ag光催化剂体系,利用贵金属Ag的SPR效应强化了光吸收过程;接着,开展了仿类囊体结构构建与光催化性能研究:通过模板法制备了仿类囊体结构的多壳层g-C₃N₄纳米囊,采用TEM和HRTEM分析了多壳层结构的形成,发现多壳层及壳层表面介孔结构显著促进了光吸收,提高了量子效率,进而提高了可见光催化产氢性能;然后,开展了g-C₃N₄/GO复合气凝胶制备与光催化性能研究:通过水热自组装法制备了g-C₃N₄/GO复合气凝胶光催化剂,气凝胶结构通过对入射光的多重散射、折射,增加光利用率;g-C₃N₄纳米片与GO组分?-?共轭结构促进载流子快速转移,降低电子-空穴复合率,从而赋予复合气凝胶较高可见光光催化活性;最后,开展了管状g-C₃N₄/g-C₃N₄同型异质结制备与性能研究:将两种前驱体以一定方式结合,共同热缩聚制备了管状g-C₃N₄/g-C₃N₄同型异质结,对其微观形貌及能带结构进行了分析,考察了管状结构及异质结结构对光吸收特性和电子转移的影响,结果表明,基于电位差在两种g-C₃N₄界面构建定向载流子传递通道,使得光生电子富集在其中一个组分表面,光生空穴富集在另一组分表面,用于光催化分解水产氢,性能优于单组份g-C₃N₄.以上研究工作为g-C₃N₄及其复合材料的合成及应用提供了参考。同时,也为高活性、高稳定性、可见光响应光催化材料设计提供了借鉴。