利用可见光进行光催化分解水产生高效清洁的氢气是解决能源危机的重要途径之一。寻找廉价、高效、稳定的半导体光催化剂是实现这一目标的关键。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）以其合适的带隙宽度和能带位置成为最有前景的光催化完全分解水催化剂之一。然而,光生电子空穴对分离效率低、复合速率快等问题限制了 g-C₃N₄的实际应用。因此,设计和改性g-C₃N₄基光催化剂被认为是能源和环境化学领域重要的研究课题。本论文,设计并合成了三种g-C₃N₄基光催化剂以实现光催化完全分解水,包括氧化镍/石墨相氮化碳复合体系（NiO/g-C₃N₄）、氧化铜/石墨相氮化碳复合体系（CuO/g-C₃N₄）以及活性小球藻和碳微粒共修饰的石墨相氮化碳复合体系（C-N-g-C₃N₄）。我们对三种光催化剂进行了表征,检测了其催化活性并对其机理进行了讨论。具体研究内容如下:1.以利用合适的助催化剂实现g-C₃N₄的光催化完全分解水为目标,设计合成了非晶态NiO改性的g-C₃N₄（NiO/g-C₃N₄）复合体系。实验证明,最佳的NiO/g-C₃N₄复合光催化剂,在可见光照射（λ≥420 nm）、不使用任何牺牲剂的情况下,可以同时产生1.41 μmol·h^-1 H₂和0.71 μmol·h^-1 O2。进一步实验证明,NiO/g-C₃N₄的光催化完全分解水能力应归因于非晶态NiO作为助催化剂可促进光生电子空穴对分离、提供产氢的活性位点并有助于分解由g-C₃N₄产生的H₂0₂。2.以构造Z-scheme体系实现g-C₃N₄的光催化完全分解水为目标,设计合成了 CuO改性的g-C₃N₄（CuO/g-C₃N₄）复合体系。实验证明,最佳的CuO/g-C₃N₄复合光催化剂,在可见光照射（λ≥420 nm）、不使用任何牺牲剂的情况下,可以同时产生 0.46 μmol·h^-1 H₂ 和 0.22 μmol·h^-1 O2。g-C₃N₄/CuO Z-scheme 体系可以充分利用单组分g-C₃N₄和CuO的优势,其中g-C₃N₄可以为产氢提供适当的能级并充当还原位点;而具有窄带隙的CuO可以改善可见光响应,作为氧化位点,为产生氧气提供合适的能级,并分解由g-C₃N₄产生的H₂O₂。此外,Z-scheme光催化体系的形成可以有效地提高电荷转移效率并提高光催化性能。3.g-C₃N₄在通过两电子过程完成水分解过程中产生的副产物-过氧化氢（H₂O₂）是一种重要的化工原料。以实现在一个光催化体系中同时产生并保留H₂O₂和H₂为目标,设计合成了活性小球藻和碳微粒（针状焦）共修饰的石墨相氮化碳复合材料（C-N-g-C₃N₄）。实验证明,通过耦合生物H₂O₂生成和光催化分解水,最佳的C-N-g-C₃N₄复合光催化剂,在可见光照射（λ≥420nm）、不使用任何牺牲剂的情况下,可以同时产生0.98 μmol·h^-1 H₂O₂和0.84 μmol·h^-1 H₂。在这种体系中,针状焦可以作为良好的助催化剂增强g-C₃N₄中光生电子空穴对的分离,并起到还原位点的作用;而g-C₃N₄可以为部分H₂02的生成提供氧化位点,活性小球藻在g-C₃N₄的保护下负责提高H₂0₂的产量。