半导体光活性材料,一种具有光激发产生活性氧基团和光热转换特性的材料,能有效地降解微生物与有机污染物,产生可见光活性自清洁效果。因此,在解决生物环境污染和有机污染的问题上,成为了最具潜力的材料之一。新型非金属石墨相氮化碳纳米材料（g-C3N4）,由于其具有环保安全的非金属性,相对合适的带隙,可见光激发和多样化掺杂等优点,因此成为半导体光活性材料的研究热点。然而,其面临着可见光利用率较低的问题。本工作优化了石墨相氮化碳纳米材料的比表面积,系统地研究了碳掺杂浓度对石墨相氮化碳能带结构,光生活性氧成分,以及光热效应的影响,并且从材料水溶液及界面效应两个方面研究其可见光活性自清洁性能与机制。实现了碳掺杂氮化碳较本体材料的能带优化,提升了载流子的分离效率,有效提高了光热转换效应协同下材料光活性自清洁性能。本文的主要内容与成果如下（本文中氮化碳特指石墨相氮化碳）:（1）优化氮化碳材料的比表面积。本工作通过热氧刻蚀的方法成功地将体氮化碳材料的比表面积从79.16 m2/g提升到160.74 m2/g,并将其应用到之后的碳掺杂氮化碳的制备工艺中;（2）调控碳掺杂能带并提升光生活性氧与光热转换效应。为了解决本征氮化碳可见光利用率低,载流子易复合等问题,本工作中使用葡萄糖与尿素热共聚合的方法,制备了碳掺杂氮化碳。在掺杂比例为1.5%时氮化碳的带隙从2.72 e V减小到2.16 e V。研究发现,适当的碳掺杂比例不但引入异质结,提高了电子空穴的分离效率,增大了可见光激发产生活性氧的浓度。而且形成碳能级,其不仅能够提高材料在可见光波段的吸收,并且作为电子受体提升了载流子非辐射弛豫,增大了材料的光热转换效率。在对以大肠杆菌为模型的光活性自清洁效果的研究中,得到碳掺杂氮化碳在溶液中杀菌效率从本体的0.2 log10/h提升到2.13 log10/h;（3）碳掺杂氮化碳表面光活性自清洁的界面效应研究。在一个太阳光单位的照射下,本体氮化碳材料薄膜与水溶环境温度一致,1.5%碳掺杂氮化碳的薄膜表面温度比本体材料增加10℃,显示出在光活性自清洁过程中,光热转换效应的影响是主导因素。当水溶液环境温度大于40℃时,薄膜碳掺杂氮化碳薄膜的杀菌率在40 min内即降低了四个数量级,达到99.99%;（4）碳掺杂氮化碳薄膜的光吸收界面机制研究。基于氮化碳薄膜表面的微纳米结构进行了建模和用有限差分时域（FDTD）对光活性过程中的光场分布进行模拟,为薄膜的表面形貌及光学性质对自清洁的影响提供了理论依据;