能源危机的出现以及传统化石燃料造成的严重的环境污染，极大地推动着可再生绿色能源的发展。为满足太瓦级能源需求，从太阳能中直接获取能量是最可持续、污染最小的途径。模拟光合作用，利用太阳光分解水产生氢气，将太阳能捕获并以氢能（化学能）的方式存储是一种高效利用的方式。氢是一种优质燃料，除了能够燃烧放热，还可通过燃料电池将氢气中的化学能转化为电能，副产物只有水，且能量效率是传统燃烧技术的两倍。制氢反应(HER)和燃料电池中阴极氧还原反应(ORR)是目前技术上最大的瓶颈。针对两个反应传统使用的Pt催化剂昂贵、稀少且稳定性差的缺点，本论文研究由两种地球富含的碳、氮元素构成的氮化碳无金属光电催化剂，通过引入多孔结构来增加光催化剂石墨相氮化碳(g-C3N4)的可见光光催化制氢活性;通过调节氮原子的含量，得到另一种形式的氮化碳材料——氮掺杂的石墨烯(N-graphene)，活化材料的电催化性能，从而增加其氧还原反应活性。　　研究结果和创新点如下:　　(1)在空气气氛、常压、无添加辅助的条件下直接热解尿素，一步得到可见光响应的多孔石墨相氮化碳(g-C3N4)。与常用前驱体得到的g-C3N4相比，它的比表面积提高6.2倍，孔体积提高3.8倍，光催化制氢活性提高了3.1倍。我们研究了前驱体分子结构通过影响热聚合过程，从而造成产物结构的变化。　　(2)我们利用常见的葡萄糖和尿素、三聚氰胺作为前驱体，发展了一种绿色、简单、可控的两步热解法制备氮含量在大范围内可控的N-graphene，探索了二维片层状石墨烯结构的形成过程和不同前驱体的影响。在碱性环境中，产物的ORR催化性能与商用的Pt/C相当，且稳定性更好。我们发现N掺杂的含量与ORR活性有很大的关系，当N含量为24～25％时活性最高。同时三聚氰胺更适合于制备用于ORR的N-graphene催化剂。这种方法成本低、产量高、且可调控产物的物化性能，因此它可以被扩展到其他很多应用中去。