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近年来,随着环境、能源、安全问题的日益突出,新型有机半导体材料石墨相氮化碳(g-C3N4)在各研究领域得到了广泛的关注。g-C3N4电子结构独特、化学稳定性好,较之于传统的金属半导体材料,成本相对低廉,且在催化反应过程中无有毒物质释放,环境友好。g-C3N4目前已被广泛用作选择性转换有机官能团、氧还原、可见光光催化分解水制氢的催化剂以及贵金属(Au、Ag、Pd、 Pt等)催化剂的负载,其在能源和材料领域的地位日益突出。本文利用计算机模拟这一现代化手段,对g-C3N4的结构、光学以及热学等基本性质作了系统的模拟,以从理论上挖掘其潜在应用价值；借助复合掺杂、超声波辐射剥层等手段对g-C3N4进行了改性,有效地促进了其在光催化以及荧光传感等领域的应用；并成功地利用微波辐射法快速制备了g-C3N4.具体的研究工作包括以下四点：1.利用第一性原理计算方法系统地计算模拟了g-C3N4的基本性能,如三维晶胞结构,电子云分布,能带结构,态密度,热学性质以及光学性质等。计算结果表明,g-C3N4是直接带隙半导体,带隙宽度为2.7eV；热稳定性良好；N周边的电子云密度明显高于C周边电子云密度；其在紫外光区有明显的σ跃迁和π跃迁形成的吸收峰。且g-C3N4的光吸收最大波长值达450 nm,具有较宽的光吸收响应区间,这预示着g-C3N4在发光设备、光催化等领域有着广泛的潜在应用前景。2.以四水合乙酸镍(C4H6O4Ni·4H2O)与三聚氰胺(C3H6N6)为前驱体,通过一步煅烧法,成功制备了具有不同氧化镍(NiO)含量的新型无机-有机半导体复合材料光催化剂NiO-g-C3N4.对所得复合材料的微观结构以及光学性质的表征发现,该复合材料中的NiO颗粒均匀地分散在g-C3N4中,且存在明显的相互结合渗透。NiO的引入致使g-C3N4的光吸收边产生了明显的红移,即提升了g-C3N4的可见光响应性。该可见光响应性的提升也在光催化降解次甲基蓝(MB)性能上得到了体现。其中NiO质量含量达6.3%的NiO-g-C3N4复合材料对MB的可见光催化降解速率是g-C3N4的2.3倍。此研究为新型复合光催化材料的设计提供了新思路,同时也拓宽了g-C3N4的应用研究范围。3.借助超声细胞粉碎机,成功将块状g-C3N4剥离为具有高荧光活性的纳米片层状g-C3N4(荧光量子产率高达32%)。原子力显微镜(AFM)表征发现该纳米片层材料的厚度仅有6-14 nm,且水相分散性与稳定性良好。将其应用于硝基芳香爆炸物的荧光传感检测发现：其对硝基芳香爆炸物能快速响应,且具有高选择性,灵敏性的特点,并对4-硝基苯酚(PNP)具有更高的荧光猝灭选择性,且该选择性不受溶剂等因素的干扰。4.利用微波辐射法成功地制备了g-C3N4光催化材料。通过控制微波功率、时间以及导热剂含量等变量,结合X-射线衍射(XRD),紫外-可见光谱(UV-Vis),傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等检测手段,得到了最佳微波合成条件为高火,微波10 min,C3H6N6/ZnCl2为1.2：1.HRTEM以及XRD等表征结果证实所得产物的微观结构以及化学结构与普通热聚合法制备的g-C3N4并无明显差异,只是结晶性相对较差。且其对MB的降解效率与普通热聚合法制备的g-C3N4相当,对催化机理深入研究发现,该光催化机理为光电子传递,自由基氧化机理。