选择性氧化低碳烷烃C-H键制备高附加值的化学品一直是工业界的热点与难点之一。尽管目前已有多种低碳烷烃转化的方法,但大多数存在反应条件苛刻、产物选择性低、反应过程控制难等问题。光催化技术因其绿色、经济、反应条件温和等特点,被认为是选择性氧化低碳烷烃制备高附加值化学品的有效途径之一。光催化剂包含均相与多相光催化剂,是实现光催化烷烃选择性氧化的前提与关键。其中,均相光催化剂催化活性高,但是催化剂与反应物分离困难;多相光催化剂价格低廉且催化剂易分离回收,更具有工业应用前景。在众多的光催化剂中,氮化碳（C₃N₄）因其廉价、易得、可见光吸收等优点备受研究者的关注。然而,单独块状的C₃N₄光催化剂存在氧化能力弱、低比表面积、光生载流子易复合等缺点,导致其在可见光下难以有效活化低碳烷烃。因此,研发用于低碳烷烃转化廉价、绿色、高效的C₃N₄基多相光催化剂具有重要意义。本论文采用非金属掺杂、构建异质结、形貌调控以及负载助催化剂等方法合成了一系列高活性的C₃N₄基复合光催化剂,以光催化选择性氧化低碳烷烃为模型反应,考察所制备材料的催化活性。利用XRD、XPS、SEM、TEM、FT-IR等多种技术手段,对所制备催化剂的物理化学性质进行分析表征,并探究催化剂结构与性能之间的构-效关系。主要研究内容和创新性结果如下:1.利用磷酸辅助水热法,将三聚氰胺部分水解成能与之相聚合的三聚氰酸。通过控制磷酸用量及氢气焙烧温度,制备了用于光催化选择性氧化甲苯制备苯甲醛的P掺杂N空位的C₃N₄复合光催化剂（P-V_N-C₃N₄）。当磷酸用量及氢气焙烧温度分别为9.8 g和550°C时,P-V_N-C₃N₄展现出最佳的光催化性能,苯甲醛的生成速率和选择性分别可达958.8μmol g^?1 h^?1和94%。研究表明,P元素的掺杂和N空位的构筑能提高C₃N₄对氧气的吸附和价带的氧化能力,增强其光催化活性。2.以不稳定的硝酸银与三聚氰胺螺旋带为模板,通过调节水热反应的pH值来控制螺旋带结构的扭曲和BiVO₄的生长,制得不同形貌的Ag/C₃N₄/BiVO₄复合光催化剂。当水热体系为弱酸性或强碱性时,Ag/C₃N₄/BiVO₄呈棱柱状;当水热体系为中性时,前驱体转变为螺旋棒。将螺旋状Ag/C₃N₄/BiVO₄复合光催化剂应用于光催化选择性氧化环己烷、甲苯等sp³ C-H键的反应中,酮、醛选择性接近100%。研究表明,螺旋状Ag/C₃N₄可提供大量的醇氧化成醛、酮的位点,增加产物中醛、酮的选择性;BiVO₄以螺旋圈的形式附着在Ag/C₃N₄螺旋棒上,有利于光子的吸收及载流子的分离,增强其光催化活性。3.利用前驱体Cd₃（C₃N₃S₃）₂在强碱作用下易分解成三聚氰酸、CdS、S单质的特点,通过控制晶化温度、时间、碱用量等因素,促使外加的三聚氰胺与三聚氰酸通过氢键作用聚合,并附着于Cd₃（C₃N₃S₃）₂外表面形成保护层。经过多次晶化及高温处理,最终构筑多孔中空双壳层的八面体CdS@C₃N₄复合光催化剂（2-CSCN）。在常温常压、可见光、无溶剂的条件下,将2-CSCN用于光催化选择性氧化甲苯制备苯甲醛的反应中,苯甲醛的生成速率和选择性分别达到787μmol g^?1 h^?1和95%。研究表明,催化剂的双壳层结构能增强其光子吸收效率和载流子的分离能力。另外,CdS@C₃N₄异质结和核壳结构还能有效地抑制CdS的光腐蚀。4.针对传统芳基酮合成方法成本高、环境污染严重的缺点,提出了一种制备芳基酮化合物的新型、高效、温和的多相光催化方法。利用硝酸银与三聚氰胺的N-Ag-N键配位结构,外加三聚氰酸形成三聚氰胺-三聚氰酸聚合物,将硝酸银包覆于其中。随后添加硝酸钴并高温处理,制得空间分离的Ag/C₃N₄/Co₃O₄复合光催化剂（ACNC）。研究表明,该催化剂中Ag与Co₃O₄纳米颗粒分别位于C₃N₄中空球的内外表面。在常温常压、氧气为氧化剂的条件下,ACNC能高效地偶联甲苯与碘苯从而制备二苯甲酮,产物收率可达75.7%。5.利用前驱体Zn₃（C₃N₃S₃）₂在强碱作用下快速分解产生三聚氰酸、ZnS、S单质的特性,通过控制晶化温度、时间及外加三聚氰胺和碱的用量,促使大量的三聚氰胺-三聚氰酸及三聚氰胺之间通过分子间氢键作用快速聚合,附着于Zn₃（C₃N₃S₃）₂表面形成花状保护层;经过多次晶化及高温处理,最终制得花状双壳层的ZnS-C₃N₄复合光催化剂（2-ZSCN）。将2-ZSCN用于光催化选择性氧化伯胺制亚胺和苯制苯酚的反应中,展示出优异的光催化性能和稳定性。研究表明,双壳层花状结构有助于光吸收和光生载流子的分离,从而增强其光催化活性。6.利用Bi₂WO₆沿（001）面平行生长的结构特性,通过调节Bi³⁺浓度,控制CdWO₄棒上的Bi₂WO₆纳米结构,制备出多级结构的Bi₂WO₆/CdWO₄复合光催化剂（BCW）。当Bi:Cd的摩尔比为4:10时,Bi₂WO₆以片状结构均匀分布于棒状CdWO₄上（BCW-4）。在室温、常压、氧气为氧化剂的条件下,将BCW-4用于光催化选择性氧化苯制苯酚的模型反应中,苯转化率为7.3%,苯酚选择性接近100%。研究表明,多级结构有助于光的吸收和光生载流子的分离,极大地提高了光催化活性。