太阳能驱动的光催化二氧化碳（CO2）还原技术可将过量排放的CO2还原为高价值的能源燃料,成为解决能源匮乏问题和CO2等温室气体排放造成的环境问题的最有前景的技术之一。发展高效、经济的半导体光催化材料用于CO2-能源转化,以满足绿色和可持续发展的战略需求具有重要意义。石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种具有可见光响应、物理化学性质稳定的有机聚合物半导体,其在光催化应用领域展现了巨大优势。g-C3N4具有高的导带位置,非常有利于CO2还原反应。然而,在有水参与的CO2还原过程中的光催化活性仍不理想,主要归因于g-C3N4自身光生电荷分离效率不足,缺少水氧化助催化剂以及水氧化热力学驱动力不足等。因此,本论文工作从发展水氧化助催化剂等策略来改善g-C3N4光生电荷分离效率和水氧化能力角度出发开展了以下工作:首先,研究了Mn含氧纳米簇助催化剂对光生空穴及水氧化过程的调控作用,在此基础上引入Ni含氧纳米簇实现对g-C3N4光生电子空穴的双调控,并探索了其对g-C3N4光催化性能的影响。首先,以尿素为原料通过二次热聚合及酸剥离得到g-C3N4超薄纳米片,进一步通过水热方法预修饰适量分子量的壳聚糖低聚物,并利用其官能团的锚定作用成功制备了Ni,Mn含氧纳米簇（直径约为0.8 nm）共负载的g-C3N4。结果表明,双金属Ni和Mn含氧纳米簇的共负载大幅提高g-C3N4的光催化CO2还原活性。所负载的Ni和Mn分别捕获光生电子和光生空穴且促进CO2还原催化和水氧化反应,二者协同作用提高g-C3N4的光催化CO2还原性能。其次,开展了高分散Ru含氧纳米簇对纳米g-C3N4光催化剂的改性研究。Ru含氧纳米簇负载可以大幅改善g-C3N4水氧化能力,进而有效提高g-C3N4的光催化CO2还原性能。并且,相较于Mn含氧纳米簇及Ru O2纳米颗粒修饰的g-C3N4,经预修饰壳聚糖低聚物锚定Ru含氧纳米簇的g-C3N4的光催化活性提高更为明显。其活性的提高主要归因于更小尺寸和高分散Ru物种对光生空穴的捕获作用导致g-C3N4光生电荷分离得到促进,同时高分散的Ru含氧纳米簇可高效催化水氧化,进而加速整个光催化CO2还原反应过程。最后,研究了B掺杂及Ru含氧纳米簇负载共改性对g-C3N4纳米片光催化性能的影响。首先通过硼氢化钠和g-C3N4混合煅烧的方法实现B掺杂g-C3N4的制备,进一步通过预修饰壳聚糖低聚物方法成功锚定Ru含氧纳米簇。结果表明,B掺杂及进一步Ru含氧纳米簇负载大幅提高了g-C3N4的水氧化能力,进而展现了较高的光催化CO2还原活性。活性的提高主要归因于B掺杂可实现g-C3N4价带位置下移,有效增强了对水氧化的热力学驱动力,且实现g-C3N4可见光范围拓展。同时修饰的Ru物种促进了其光生电子空穴的分离并提供了高分散的水氧化催化位点,加速了水氧化半反应的动力学过程,实现了高效光催化还原CO2。本研究的开展,从改善水氧化性能角度,为设计合成高效的g-C3N4基光催化剂用于生产太阳能燃料提供了新思路。此外,水氧化/CO2还原反应与植物的光合作用过程息息相关,本研究为促进植物光合作用,发展绿色、可持续的农业技术提供了新方向。