将太阳能转化、储存并加以利用可以有效缓解当今社会的环境污染与能源危机等问题。其中可见光响应的光催化、光电催化和太阳能电池等方向是研究热点,其核心技术是半导体材料的设计与合成。能带结构直接决定了半导体材料的光响应范围和光氧化还原性能。因此,制备能带结构可控的半导体催化剂是该方向的研究重点。具有高电子迁移速率和电催化活性的碳基半导体具有非常的大潜力,然而不理想的能带结构导致其成为紫外光响应催化剂而无法高效利用太阳能。因此需建立并发展碳基半导体材料结构与组成调控新技术策略,探究材料结构与其能带结构间的构效关系。本文以廉价易得且储量丰富的煤沥青和泥炭为原料,结合水热碳化、模板诱导、缺陷工程等策略,制备了一系列结构可控、活性位丰富、能带结构理想且可调节、可见光响应的煤基碳光催化剂。本文研究内容如下:针对碳点类光催化剂禁带宽度调控困难和活性较低的问题,以高芳香性的硝化煤沥青为碳源,通过水热合成技术制备尺寸可控的氮掺杂碳点。高芳香性碳源使材料形成高结晶度碳核,进而提高材料的光生载流子迁移效率;氮物种可有效提高碳点光催化活性,其中吡啶氮和吡咯氮是主要的光催化活性位点,而石墨化氮可以提高材料的电子迁移速率从而提高材料的电荷分离能力。在碱性水热条件下,通过调节碱浓度控制硝化沥青的聚合程度,制备平均尺寸为1.9、2.8、4.3和5.8 nm的碳点。随着碳点尺寸的增加,碳点的禁带宽度由3.17 e V缩短至2.94 e V,光响应能力从紫外光扩展到可见光,析氢活性提高70%。材料用作光解水制氢催化剂时,在模拟太阳光照射下,担载3 wt%Pt的氮掺杂碳点在10%三乙醇胺（TEOA）水溶液中,析氢速率可达60.75μmol H2 g-1h-1。针对非石墨化碳材料低的电子迁移速率和化学惰性的问题,以中温煤沥青为碳源,尿素为氮源,用盐模板诱导技术结合控制碳化制备氮掺杂碳片。氮原子的引入在增加活性位点的同时提高材料的电子迁移速率,使其在可见光下具有光催化活性。在熔融盐模板辅助液相碳化制备的二维纳米碳片具有高有序度,缩短了电荷迁移路径,提高材料电荷分离效率,光催化性能得到进一步加强。材料禁带宽度可在1.82-2.17 e V间连续调控且具有可见光响应能力和全解水潜力。担载2 wt%Pt催化剂在可见光照射下,在10%TEOA水溶液中析氢速率可达46.3μmol H2 g-1h-1,是相同测试条件下g-C3N4析氢速率(25.1μmol H2 g-1h-1)的1.8倍,连续析氢100 h后仍可保持98%以上的析氢效率。针对非石墨化碳材料低的光利用率和化学惰性的问题,以芳构化程度明显高于植物,且具有植物微观结构的泥炭作为碳源,尿素为氮源,合成兼具光热效应与光催化性能的氮掺杂碳。通过与尿素热解含氮化合物反应,提高泥炭基碳材料氮含量;内腔结构可以通过光的多次反射与散射提高光利用率;贯穿的孔道结构兼之表面亲水基团可以有效提高碳材料的水传输速率。材料自身优异的光热性能提高体系反应温度,使催化剂性能提升25%。材料禁带宽度可以在1.95-2.11 e V间连续调控且具有可见光响应能力和全解水潜力。在可见光条件下,担载2 wt%Pt的催化剂在10%TEOA水溶液中,析氢速率达到75.6μmol H2 g-1h-1,是相同测试条件下g-C3N4析氢速率的3倍。连续析氢100 h后仍可保持92%以上的析氢效率。