具有类石墨层状结构的碳氮材料因其独特的结构和可调的物理、化学性质,成为近年来人们研究的热点。类石墨碳氮材料是获得具有优异光催化、光、电特性等性能材料的重要源泉,也是物理、材料研究领域的一个重要研究对象。碳氮材料的结构和性质与其碳、氮元素化学计量比密切相关,可通过化学计量比的改变进行调控。作为重要的光电催化、光电子器件、电池、生物医学以及能源储存和转化材料,类石墨碳氮材料的能带结构、比表面积等因素对材料的性能有着重要的影响,理解其结构、电子行为等也是材料应用的基本科学问题。因此,通过调控碳氮材料的结构,揭示影响其性质的关键因素,建立结构与性质之间的关联,对获得具有优异性能的碳氮材料具有重要的科学意义和实际应用价值,这也是碳氮材料方向仍需研究的课题。压力作为一种重要的热力学参数,可有效改变原子间距离和物质结构以及调控电子结构等。相比于其他调控方法（如掺杂、功能化等）,高压是一种不引入杂质的“干净”的手段。本论文采用高压手段,针对几个典型的类石墨碳氮材料,围绕材料的碳、氮化学配比调控、能带结构变化、比表面积以及π电子行为等进行了系统研究。取得以下研究结果:1.类石墨碳氮材料中碳、氮元素的化学配比决定其物质结构以及能带结构。建立其碳、氮化学配比与结构、性质的关系对探索具有优异性能碳氮材料非常重要。我们采用高温高压（HPHT）手段处理石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,发现可有效调控碳、氮元素的化学计量数和带隙值。在相对较低的温压条件下（低于5GPa/630℃）,在几乎不改变碳、氮化学计量比的前提下,可有效地缩小带隙,将吸收带边调控至红光区（⁶00 nm）,增加结晶性和提高光生载流子分离效率（10²）。提高处理样品的温压条件后,XPS测试结果表明,吡啶氮优先被移除而石墨氮保留在了碳氮结构中,从而获得了弱铁磁性氮掺杂的石墨烯/石墨材料。我们因此获得了带隙可调的碳氮材料,范围从半导体到金属态。本研究提供了一种调控碳氮材料结构和物理性质的有效策略。2.HPHT虽然在调控材料的结构和性能方面有显著的优势,但经HPHT处理后通常会引起材料比表面积的减小,如何克服这种不足呢?我们采用HPHT与硬模板法相结合的方法,成功制备了多孔、少氮的g-C₃N₄。HPHT处后的样品,层间距离减小,价带上移,导带下降,使带隙减小至1.88 eV,同时也提高了载流子分离和转移的效率。因此,多孔、少氮的高比表面积g-C₃N₄,其光催化制H₂的效率比体的g-C₃N₄提高了13.5倍。我们进一步给出了提高光催化制H₂的反应机理。这种方法可有效的调控g-C₃N₄缺陷同时实现结构的多孔化,与其他文献报道的合成氮缺陷样品的方法相比更为温和,也许能推广到其他材料的研究中去。3.研究发现g-C₃N₄在一定的温压条件下,碳、氮元素的化学配比会显著改变,氮元素脱离CN骨架形成含有碳悬键的富碳材料,在HPHT下也容易与其他物质反应成键。因此以g-C₃N₄为碳源,我们利用简单的HPHT方法成功制备了磷-碳（P-C）键含量可调控的结晶磷/碳复合材料,P-C键的浓度可以通过控制前驱体的比例（红磷和g-C₃N₄）的含量来调控。P-C键的最大含量为13.3%,达到了通过球磨产生的最高记录。通过理论计算和实验相结合的方法,我们研究了P-C键的成键位置,以及P-C键对结晶磷/碳复合材料锂电池循环性能的影响,为理解磷/碳材料电化学性能提供了新的见解。4.垂直于石墨烯平面p_z轨道中的电子（π电子）的对层间相互作用、成键以及石墨材料中的电子传输都有很重要的影响。π电子可以通过外部压力来调控,并且可能引起物质电子结构和力学性能的显著变化。与石墨烯/石墨不同的是,类石墨的二维（2D）碳氮结构在碳氮层中具有可变的π电子分布,并表现出不同的性质。这为调控π电子提供了理想的模板。在本文中,我们研究了高压2D层状碳氮材料C₂N和C₃N。与高压石墨中观察到的转变不同,在压力作用下C₂N和C₃N中的G峰的演化和电子输运行为表现出不寻常的转变。例如,在15-35 GPa的压力范围内,在G峰中观察到了类似平台的行为,与C₃N相比,C₂N电子输运行为随压力的响应要显著得多。此外,在38 GPa以上观察到C₂N和C₃N的G峰强度增强,这可能是由于它们在压力下的电子结构变化所致。这些结果可依据C₂N和C₃N中独特的π电子分布去理解。我们的研究为在外部压力作用下,π电子分布对2D层状碳氮半导体物质的成键、结构和电子性质调控的影响提供了新的思路。