当前,世界面临能源危机和环境污染两大难题。为实现能源催化转化和污染物去除,达到可持续发展的目的,人们在材料化学和环境工程领域研发了各种功能材料。其中,二维超薄氮化碳（2D g-C₃N₄）由于其独特的类石墨烯结构和优越的电子光学特性,能够有效实现能源催化和污染物转化。但是,2D g-C₃N₄的载流子传输速率仍然较低,同时受量子尺寸效应的影响,其可见光吸收范围较窄,致使太阳能转化效率较低。为了改善2D g-C₃N₄的催化效果,本论文从微观分子水平杂化到宏观材料表面结构、从点到面,从局部到整体,精准调控材料元素组分、优化设计表/界面结构以及调控其表面催化反应活性位点,有效地增加了2D g-C₃N₄捕获光子能力,促进了光生电子-空穴对的分离。通过优化调控表/界面结构提高载流子在2D g-C₃N₄面内的传递速率,光生载流子能够被高效利用且催化反应持续稳定运行。具体研究内容如下:（1）合成表面氮修饰的2D g-C₃N₄。从分子层面优化2D g-C₃N₄的分子结构,调整带隙结构,提高可见光利用率。表面氮修饰促进2D g-C₃N₄平面内π共轭离域效应,从而加速载流子的传输速率,提高了载流子的利用率,最终实现催化效果的大幅度提升。使用Pt（3wt%）作为助催化剂,氮修饰的2D g-C₃N₄（NCNS）显示出19.8 mmol h^-1 g^-1的产氢率,是2D g-C₃N₄的2.19倍和g-C₃N₄的21.3倍,同时在420 nm处展现出较高的外量子效率（EQE）,达到10.7%。此外,NCNS还在有机污染物的降解方面表现出优异的光催化性能。光照3 h后,80%亚甲基蓝（MB）被光催化降解。（2）合成Fe₂O₃ QDs表面杂化修饰2D g-C₃N₄的复合材料。利用2D g-C₃N₄具有较大层状结构特性,将零维（0D）的Fe₂O₃量子点均匀地分散到2D氮化碳材料的表面上。复合材料具有较多的催化反应活性位点,能有效地将光电子转移,进而促进载流子分离。Fe₂O₃ QDs拓宽了可见光的吸收范围,提高了可见光利用率,附着在2D g-C₃N₄表面的Fe₂O₃ QDs能够迅速地将产生的光生电子转移出去,从而抑制了光生电子-空穴对的复合,同时产生了较多的O₂·^-,因此能够获得良好的催化降解污染物效果。在可见光照射3 h后,MB光催化降解去除率为75%。重要地是,0D/2D的催化剂在循环四次后仍然保持着较好的晶体结构和良好的催化降解效果。（3）合成2D/2D Ni（OH）₂/g-C₃N₄复合光催化剂材料。进一步优化2D g-C₃N₄表面结构特性,加速表/界面反应。从2D g-C₃N₄整体出发,在2D g-C₃N₄的表面原位生长2D Ni（OH）₂,从而构建出2D/2D型复合材料结构。利用变价金属的特性,即Ni²⁺与Ni³⁺之间的相互转化,加速光生载流子传输和转化,有效地提升了催化降解污染物性能,实现非铂体系催化水分解性能的显著提升。10%三乙醇胺作为牺牲剂,所构建的2D Ni（OH）₂/2D g-C₃N₄系统表现出921.4μmol h^-1 g^-1的产氢速率,并且在400 nm下其表观外部量子效率达到5.21%,优于先前报道的结果。另外,在光照18 h后产生15μmol的氢气,能够在可见光照射下催化纯水分解实现可持续产生氢气。在光照3 h后,能够实现50%MB被光催化降解,相比单体2D g-C₃N₄的催化效果提升23%。同时,2D Ni（OH）₂/2D g-C₃N₄复合材料也保持着良好的稳定性和循环性能。