光催化技术从提出到实际的产品应用至今已过了40年左右,由于可以将苛刻条件下发生的反应转化为温和条件下发生,在人类面临的重大问题领域具有应用前景,所以是近年来国际研究领域中最活跃的部分之一。但目前的光催化技术还存在着如光量子产率低,载流子分离移动困难,以及催化剂回收困难等问题,其在工业上的广泛应用还具有很大的挑战。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为新兴的半导体光催化材料,是一种特殊的共轭聚合物,由于具有稳定、无毒、制备简单等优点,引起了大量研究者的密切关注。本论文选择尿素作为主要制备原料,研究了各种因素对其制备的g-C₃N₄的性能影响,并通过与其它物质复合形成异质结,得到了催化性能更为优异的复合型光催化材料。具体研究内容及结果如下:1.以尿素为原料,通过热聚合方法以10℃/min的升温速率,550℃的反应温度,及4h的反应时间制备了g-C₃N₄。用XRD,SEM,BET,Uv-vis和FTIR等对制备的g-C₃N₄进行了表征测试。研究发现,g-C₃N₄呈蜷曲的薄片状,随着热聚温度的升高,g-C₃N₄产物纯度越来越高,结晶性也越来越强。由于量子尺寸效应,g-C₃N₄表现出2.81eV的禁带宽度。提高反应温度和延长反应时间,g-C₃N₄比表面积可高达292m²/g。不同的反应温度,反应时间,反应物原料对制备出的g-C₃N₄产物的光催化性能都会有影响。结果表明随着反应温度的提高和反应时间的延长,g-C₃N₄的光催化降解罗丹明B的效果都会提升。以尿素制备的g-C₃N₄具有更好的吸附和光催化能力,但产率很低;以硫脲制备的g-C₃N₄表现出良好的吸附和光催化能力,产率也较低;以三聚氰胺制备的g-C₃N₄虽然产率高,但其吸附和光催化效果都很差。对于不同表面电性的染料,g-C₃N₄更容易吸附降解带正电的罗丹明B和亚甲基蓝,而对带负电的甲基橙很难降解。2.以钨酸钠、盐酸、草酸为原料,采用沉淀法制备了片状氧化钨（WO₃）。将WO₃与g-C₃N₄按一定比例混合后进行热处理,制备出WO₃/g-C₃N₄复合光催化剂。通过SEM和TEM观察发现,WO₃纳米片均匀的负载在g-C₃N₄表面上,大小约为200nm。以罗丹明B为模拟污染物,研究了WO₃/g-C₃N₄复合光催化剂对罗丹明B的光催化降解,结果表明,WO₃/g-C₃N₄的光催化性能更优异,其中WO₃/g-C₃N₄-20复合光催化剂展现了最优的降解效率。对于不同表面电性的染料,WO₃/g-C₃N₄-20更容易吸附降解带正电的罗丹明B,而对带负电的甲基橙很难降解。重复性和稳定性实验表明,WO₃/g-C₃N₄-20的光催化性能提升不存在偶然性,在5次循环后,光催化剂的光催化性能仍保持在90%以上。捕获剂实验证明在光催化过程中的活性粒子主要为O₂/·O₂^-和·OH,结合紫外可见漫反射光谱和经验公式,复合材料的光催化机理属于Z型异质结。3.以沉淀法制备了一水氧化钨（WO₃·H₂O）,与g-C₃N₄通过超声波协助的沉淀法制备出WO₃·H₂O/g-C₃N₄复合材料。通过SEM和TEM观察发现,大小约为200nm的WO₃·H₂O纳米片均匀的分散在g-C₃N₄表面上,并且形成了以范德华力为主的较为紧密的结合。以罗丹明B作为降解染料,WO₃·H₂O/g-C₃N₄复合材料表现出了更为优异光催化性能,其中WO₃·H₂O/g-C₃N₄-20具有更优异的光催化性能。稳定性实验进一步说明,WO₃·H₂O/g-C₃N₄在重复催化后仍能保持其性能。通过捕获剂实验证明复合材料在光催化过程中起主要活性的物质为·O₂^-,在加入空穴捕获剂的过程中,WO₃·H₂O/g-C₃N₄-20展现出更为优异的催化性能。结合莫特肖特基曲线与XPS价带谱分析,WO₃·H₂O/g-C₃N₄-20的光催化机理也属于Z机理异质结。