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近年来,人们对能源危机和环境污染问题日益重视,寻找清洁、高效、环保的新型能源成为解决该问题的重中之重。氢能作为能源界新起之秀,不仅可以缓解能源危机,而且可以有效避免化石燃料燃烧带来的环境污染问题,受到世界范围内研究学者的青睐。而其中,以光或电驱动进行水分解,作为一类具有原子经济性的反应,成为能源结构转变中的研究重点。石墨相氮化碳(g-C3N4)是一类较有前景的光解水反应催化剂。但其比表面积小、光响应范围窄、光生电子-空穴对的复合效率高等问题严重限制了其实际应用。通过引入缺陷对g-C3N4表面改性被认为是解决这些问题的有效途径之一。但是,其调变效果很大程度上取决于所引入缺陷的种类、丰度和空间分布等因素。另外,作为贵金属电催化剂的替代品,钙钛矿氧化物是一类很有发展前景的电解水析氢(HER)和析氧(OER)反应催化剂。然而目前,钙钛矿氧化物催化活性仍较低,要打破这一瓶颈就需要对钙钛矿结构及催化活性位点进行准确调控。针对此两大问题,本论文通过特定的功能化手段,对g-C3N4基光催化剂和LaFeO3基电催化剂进行结构调控与性质研究。主要研究内容如下:(一)在光催化水分解研究中:(1)采用三聚氰胺(MM)作为前驱体,并以金属氢化物(例如CaH2)为活化剂,通过一锅法简便地向g-C3N4有机骨架中引入不同类型的缺陷(N空位、O掺杂、-C≡N)。在三聚氰胺和CaH2一锅法热处理的过程中,两者相互作用生成了具有分布均匀且高浓度缺陷的多孔g-C3N4(MM-H)。(2)从电子结构方面分析,由于N空位、O插入以及-C≡N三类缺陷的相互协同作用,制备出的催化剂材料具有减小的禁带宽度、增强的光生载流子转移效率以及提高的电子-空穴对分离效率。而由结构效应方面来看,这种制备方法削弱了 g-C3N4长程有序的结构、增强了前驱体的热缩聚,这些改变进一步增大了催化剂的BET比表面积并且产生了大量的介孔结构。(3)因此,在N空位、O插入、-C≡N缺陷共同作用下,一步法制备的MM-H材料具有显著增强的光催化产氢性能(1305.9 μmol·h-1·g-1),而采用CaH2后处理的CN-H材料和未处理的块状g-C3N4产氢性能仅为617.3 μmol·h-1·g-1和178.2 μmol·h-1·g-1。本研究为高效g-C3N4基光催化剂的设计提供了新的思路。(二)在电催化水分解研究中:(1)提出一种简单的两步(原位析出和后硫化)B位离子改性策略并将其应用于LaCo0.2Fe0.8O3(LCF)钙钛矿。在此过程中,B位钴(Co)的形态和空间浸没度在纳米尺度上进行了相应的调变(即由晶格Co(Ⅲ)→分离的Co0→嵌入的CoS2)。(2)依上述策略所制备的催化剂(S-LCF)表面具有均匀分布的CoS2纳米颗粒(NPs)及丰富的氧空位分布。这一特殊结构极大地增强了 OER(η=370 mV at 10 mA·cm-2)和HER(η=200 mV at 10 mA·cm-2)性能,并表现出良好的全解水稳定性。