氮化碳（C₃N₄）作为一种有吸引力的非金属光催化剂,由于其容易合成、物理化学稳定性、可调的表面缺陷和可见光响应等性质,已经引起全球对其在太阳能转化领域的研究兴趣。C₃N₄的表面缺陷可以作为空气中N₂,O₂和CO₂等小分子的活化位点,为进一步的反应提供了可能。然而,由于其带隙较宽,光生载流子易复合和表面活性位点有限等缺点,光催化反应活性较低。N₂作为非极性分子,N≡N三键的解离能高达941 KJ/mol,对质子的亲核性较弱,因此极难被还原合成氨。C₃N₄表面的氮空位可以作为N₂的活化位点,降低N≡N三键的解离能,可应用于光催化固氮反应。由于C₃N₄表面缺陷有限,而且氧化水活性较低,不能提供固氮反应所需质子,常需加入甲醇或乙醇等有机分子作为牺牲剂。本论文探究了C₃N₄基材料在纯水中的光催化固氮活性,从反应过程中电子质子的耦合转移和氮气的吸附活化等步骤入手,选择了有强氧化能力的硅钨酸(SiW₁₂)作为共催化剂,展开了对光催化固氮反应研究。另外,基于C₃N₄对空气中O₂的活化,研究了其在水介质中对苯甲醇的选择性氧化反应。本论文探究了以W₁₈O₄₉作为共催化剂,在水介质中提升了苯甲醇的转化率和对产物的选择性,这为提升C₃N₄的光催化反应效率提供了新的思路,对其在光催化领域的应用有重大意义。本论文的主要内容包括:（1）本章节主要侧重于提升C₃N₄材料对N₂吸附活化以及对水的氧化能力,为固氮反应提供更多的质子。首先,通过在C₃N₄合成过程引入KOH,制备了K掺杂的C₃N₄（K-C₃N₄）,在氮化碳结构中引入更多的氮空位,提高了对N₂的吸附活化;然后,以磷酸根作为电子质子传输桥,通过浸渍法将硅钨酸(SiW₁₂)负载到K-C₃N₄表面,增强材料对水的氧化活性,为固氮反应提供更多的质子。光生电子和氧化水释放出来的质子转移并存储在SiW₁₂中,在N₂氛围电子耦合质子转移到复合材料表面吸附活化的N₂上,反应生成NH₃。电子耦合质子转移过程加速了NH₃的合成速率,磷酸根作为电子质子桥联也加快了载流子分离效率,进而提高了复合材料的光催化固氮性能。（2）本章节侧重于提升C₃N₄材料对O₂的吸附活化,以及对反应物的吸附和产物脱附。通过热解三聚氰胺制备体相C₃N₄,经过进一步热处理获得超薄多孔的C₃N₄纳米片（HU-CNS）,加快了HU-CNS表面的载流子迁移速率;通过水热法在HU-CNS表面生长W₁₈O₄₉纳米线,制备W₁₈O₄₉/HU-CNS复合材料,加快界面载流子迁移速率。另外,引入含有丰富氧空位的W₁₈O₄₉纳米线不仅提高对O₂的吸附活化,也能改变催化剂表面对反应物和产物的吸脱附性能。W₁₈O₄₉/HU-CNS复合材料对苯甲醇的吸附较强,加速了苯甲醇在催化剂表面的反应过程,其对苯甲醛的吸附较弱,抑制了产物进一步被氧化成CO₂。因此,复合材料对苯甲醇的选择性氧化获得了较高的选择性和转化率。