能源和环境是人类永恒的话题,从工业革命开始,人类对于化石能源的依赖性愈来愈高。虽然煤炭、石油和天然气目前能够满足我们发展工业的能源需求,但是这类传统化石能源并不是取之不尽用之不竭的,同时化石能源消耗的过程如果不添加尾气处理等技术手段,会对环境造成巨大的破坏效果。这使得我们迫切需要寻找解决环境污染与能源储存数量匮乏的方法。解决环境危机和能源危机的有效途径就是通过绿色环保的先进技术,减少其在使用过程中带来的环境污染,并改善其利用率不高的情况,缓解能源储存数量匮乏所带来的燃眉之急。在这样的背景下,半导体光催化技术逐渐走入人们的视野,近些年来在生态环境、新能源等行业开始崭露头角:利用光能分解水制取氢气以及有机燃料,可以缓解能源危机;利用光能降解有机污染物、还原重金属离子等,保护土壤及水源,从而改善生态环境。在诸多半导体催化剂中,g-C3N4和ZnIn2S4材料凭借自身优异的理化性质以及突出的光催化特性受到了越来越多科研人员的关注。g-C3N4具有稳定的理化性质、吸收光谱范围宽、独特的光学特性等优点,但纯g-C3N4的电子-空穴复合率高、比表面积小、缓慢的氧化还原动力学等特性仍是绊脚石。ZnIn2S4具有独特的光学特性和显著的宽广的太阳能采集能力,是光催化产氢的理想光催化剂之一,但ZnIn2S4的可见光吸收率低和循环寿命低,致使其不能满足实际应用的需求。基于g-C3N4和ZnIn2S4两种材料存在的上述问题,本论文通过简单、低成本的合成方法(溶剂热法、水热法),将不同种类的助催化剂(非贵金属Bi、碳材料N-CQDs、双金属磷化物Ni1.8Cu0.2P)引入到半导体体系,对这两种材料进行优化改进,提高材料光催化产氢和降解活性,然后对复合材料的光催化机理进行探究和总结。本论文的主要研究内容如下:(1)通过溶剂热法,在g-C3N4表面原位还原Bi纳米颗粒。然后运用XRD、XPS、SEM、TEM、DRS等方法分析了 Bi/g-C3N4的表面形貌与结构。再对Bi/g-C3N4的可见光催化性能进行了评估,光降解罗丹明B(RhB)的降解效率、光解水析氢速率这两个实验为评估提供了很好的数据支撑。然后测试不同的Bi掺杂量对于Bi/g-C3N4材料降解、析氢、光电化学性能的影响,结果显示,Bi-CN-10在可见光照射下对RhB降解效率高达98.4%,Kapp值为0.12357 min-1,比纯g-C3N4高约30%且光降解稳定性高。此外,Bi-CN-10还具有最高的氢气产生速率,是纯g-C3N4的两倍。最后,通过自由基猝灭实验以及确定其能带位置,并对Bi/g-C3N4材料降解活性增强的原因及其机理进行了初步探究。(2)采用水热法合成ZnIn2S4和N-CQDs/ZnIn2S4。分析XRD测试结果确定合成产物相组成,观察TEM、SEM等图像对N-CQDs/ZnIn2S4的表面结构和形貌进行鉴定。在N-CQDs/ZnIn2S4材料的产氢性能评估实验中,N-CQDs/ZnIn2S4材料的产氢速率远高于单一ZnIn2S4。6%-N-CQDs/ZnIn2S4可以表现出高达387μmol/h/g的H2析出速率,约为纯ZnIn2S4的5.02倍。另外,发现N-CQDs/ZnIn2S4杂化光催化剂的光电化学测试(PEC)具有较低的阻抗和更小的塔菲尔斜率,表明N-CQDs/ZnIn2S4具有更好的反应界面来产生氢,能更高效的参与光催化反应。(3)采用水热法合成Ni1.8Cu0.2P和Ni1.8Cu0.2P/g-C3N4。通过合成工艺的不断优化,使助催化剂Ni1.8Cu0.2P的纯度明显提升。随后对其进行了 XRD和光电流的测试,实验结果表面,随着助催化剂Ni1.8Cu0.2P的加入,20%Ni1.8Cu0.2P/g-C3N4复合材料的光电流响应度约为1.2μA,约为单一 g-C3N4的4倍。