自从1972年Honda和Fujishima有关光催化分解水的开创性工作被报道以来,人们一直致力于开发高效、可持续的工业级光催化剂。目前,光催化材料仍然受以下几个重要因素限制:太阳光的利用率、催化剂的稳定性和成本。石墨相氮化碳作为一种有机半导体材料,由于具有合适的能带结构、优异的物理化学性质以及廉价易得等优点,受到人们极大的关注。为进一步提高其光催化活性,迄今为止,人们采取了多种策略。例如:纳米结构设计以调控其表面和纹理结构,元素掺杂和共聚合调控其光电性质,和其他导体或半导体复合以促进光生电荷分离。基于此,本文中我们采取不同的方式分别合成了氮化碳多孔纳米片、多元素掺杂氮化碳和氮化碳基三元同质结等三类催化剂,并通过光解水实验考察它们的光催化活性。主要成果概括如下:1.多孔g-C₃N₄纳米片的合成及其光解水制氢性能研究。少层、多孔氮化碳纳米片通过在前驱体热聚合的过程中加入泡沫镍一步得到。所得到的多孔氮化碳纳米片由于结构上的优势表现出极高的光催化活性,其可见光条件下分解水产氢速率达到体相氮化碳的31倍。多孔氮化碳纳米片突出的光催化活性主要归因于极大的比表面积和多孔的结构,使其具有更多的活性位点、更高效的激子解离效率和更长的电荷寿命。此外导带的明显上移也使其展现出更强的质子还原能力。该工作不仅提供了一种直接合成氮化碳纳米片的方法,也为调控氮化碳的纳米结构开辟了新的途径。2.多元素掺杂g-C₃N₄的合成及其光解水制氢活性研究。采用熔盐法合成了一种多元素掺杂的绿色氮化碳。该绿色的氮化碳在可见光条件下分解水产氢速率达到体相氮化碳的25.5倍。实验数据表明其具有更高的亲水性、更大的比表面积和更负的导带位置。通过时间分辨荧光和捕获实验等可知,催化性能的提高主要是由于亲水性增强促进了界面电荷的迁移和氢气的析出。该工作突出了多元素掺杂对氮化碳表面性质的影响,为开发更加高效的催化剂提供了新思路。3.g-C₃N₄基三元同质结的合成及其光解水制氢活性研究。采用一种简单的熔盐法,即在前驱体（三聚氰胺）聚合的过程中加入适当的硫氰化钾和氯化铵辅助合成g-C₃N₄,得到了一种氰基和氰氨基共修饰的g-C₃N₄,并构建了一种g-C₃N₄基三元同质结。通过分子结构修饰,改性氮化碳表现出更强的催化活性,其在可见光下分解水产氢速率达到体相g-C₃N₄的17.8倍。密度泛函理论计算和实验数据分析表明,催化活性的巨大提高主要是因为更多基团的引入促进了g-C₃N₄自身的激子解离,并因此产生了更多的热载流子。该工作不仅为调控有机半导体材料的光电性质提供了新方向,还加深了我们对半导体光催化剂激子行为的理解。