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长期以来,半导体光催化剂以其在处理能源危机和环境污染方面的巨大应用潜力而备受关注,其中以TiO2半导体材料的研究最为普遍。然而,目前常用的光催化剂大多存在光响应范围窄、光生电荷复合严重等问题,成为阻碍光催化技术发展的主要障碍。硅材料是另外一种常用光催化材料,其具有储量丰富、加工技术成熟的优点,但硅材料目前面临的最大问题是在空气和水溶液中极易钝化,使其表面形成绝缘的氧化层,阻碍光生电荷的传递,进而影响光电催化性能。针对TiO2和硅材料存在的问题,本论文研究制备了石墨相氮化碳量子点（g-C3N4 QDs）,将其作为保护层材料来修饰TiO2纳米管（TNTAs）及硅纳米线（SiNWs）材料。g-C3N4是一种具有可见光响应的不含金属的半导体光催化材料,光响应能力和电子传递能力较强。g-C3N4量子点具有尺寸小、光化学稳定性高等的特点,将其作为修饰材料包覆在其他半导体表面,可以起到拓宽可见光吸收范围、防止光腐蚀及降低光生电荷复合率的作用,从而提高材料的光电催化效率。围绕上述问题,本论文主要进行了以下两方面实验工作:（1）选取三聚氰胺为材料来源,采用直接热聚合法制备g-C3N4,然后依次通过酸剥离、水热法、超声振荡等步骤逐步剥离,制备出g-C3N4量子点（g-C3N4 QDs）溶液。随后,通过阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列,并采用浸渍沉积法将g-C3N4 QDs沉积到TNTAs表面制备g-C3N4 QDs/TNTAs复合物。TEM结果表明,g-C3N4 QDs的尺寸分布在2-6 nm之间,主要集中在3 nm左右。SEM结果表明,Ti基底生长的纳米管阵列由大量细小的纳米管组成,排列规则整齐,呈现出有序的TiO2纳米管阵列形貌。紫外可见漫反射光谱测试结果表明,修饰g-C3N4 QDs后,TiO2纳米管在紫外区和可见光区的响应能力都明显增强。实验中对复合物的制备条件进行了优化,结果表明,量子点溶液浓度为0.2 mg m L-1,浸渍60 min时,所制备的g-C3N4 QDs/TNTAs复合物表现出最佳的性能。光照下光电流密度最大达到0.64 mA/cm2（0.6 Vvs.SCE）,是未修饰TNTAs的4.3倍,表明复合物具有较高的光生电子-空穴分离能力。在光电催化降解苯酚的实验中,g-C3N4 QDs/TNTAs复合物同样表现出良好的光电催化性能。在氙灯照射下,偏压为0.6V时,g-C3N4 QDs/TNTAs在120 min内对苯酚的降解率可达到98.6%,而相同条件下TNTAs对苯酚的降解率仅为59.3%。对动力学常数的计算结果表明,g-C3N4 QDs/TNTAs复合物降解苯酚过程中的动力学常数为0.032 min-1,是未修饰TNTAs（0.007 min-1）的4.6倍。（2）采用化学刻蚀法制备了硅纳米线阵列,随后采用浸渍沉积法制备得到SiNWs@g-C3N4 QDs复合光催化剂。SEM结果显示,SiNWs垂直地生长在Si基底表面,且随刻蚀时间的不断延长,SiNWs的长度增加。TEM图像显示,SiNWs@g-C3N4 QDs复合光催化剂中g-C3N4 QDs包覆在SiNWs表面形成保护层,同时在SiNWs的表面也有纳米孔的形成。XPS结果表明,SiNWs@g-C3N4 QDs复合物由Si、C、N、O元素组成。光电化学测试结果表明,刻蚀时间为5 min,硅纳米线长度为2μm时的SiNWs表现出比较稳定的光电化学性质,SiNWs@g-C3N4 QDs的光电流密度最大达到6.7 mA cm-2（偏压-1.5 V vs.SCE）,是未修饰SiNWs的1.6倍。光电催化降解4-氯酚的实验结果表明,可见光照射下,偏压为-1.2V（vs.SCE）时,SiNWs@g-C3N4 QDs具有良好的光电催化活性,在120 min内SiNWs@g-C3N4 QDs催化降解4-氯酚的效率可达到85.1%,相比之下,未修饰的SiNWs仅为52.0%。SiNWs@g-C3N4 QDs的光电催化反应动力学常数为0.870 h-1,是未修饰SiNWs反应动力学常数（0.372 h-1）的2.3倍。此外,通过循环实验发现,SiNWs@g-C3N4 QDs复合光催化剂具有良好的光催化稳定性。以上结果表明,g-C3N4 QDs具有优异的光电化学性能,是一种理想的修饰材料。g-C3N4 QDs作为保护层包覆在TNTAs或SiNWs表面,可以有效提高被修饰材料的光电催化活性。本文为TiO2纳米管阵列及SiNWs的改性研究提供了新的思路,有助于两种半导体材料在环境污染领域中进一步的应用和发展。