光催化技术有望通过分解水制氢以及还原二氧化碳将太阳能转化为可储存、可运输的燃料（太阳燃料）。研制高效且强健的光催化剂和体系是推动该技术发展的关键。在众多半导体光催化剂中,石墨相氮化碳聚合物（g-C3N4）不仅能带位置适宜,而且拥有原料来源广泛、成本低、化学稳定性好等优势,是一类极具发展潜力的光催化材料。然而,禁带宽度较大和聚合物半导体特性使g-C3N4具有可见光吸收范围窄以及光生电子与空穴易复合等缺陷,导致其光催化效率不高。本论文致力于提升g-C3N4的光催化制氢以及二氧化碳还原性能,分别研制了促进电荷分离与传输的新型分级g-C3N4光催化材料以及兼具可见光吸收扩展且电荷分离传输增强的新型官能团接枝型g-C3N4光催化材料,还借助官能团接枝与局域电场极化的耦合构建了高效g-C3N4基光催化体系,并揭示了这些新型g-C3N4光催化材料和体系的活性提升机制,具体研究内容如下:1.针对目前以模板法构建g-C3N4纳米结构面临着制备周期长且不环保的问题,发展了一种硝酸铵（NH4NO3）辅助水热后处理对g-C3N4进行改性的无模板法。所制备的H-CN显示出表面有垂直片层的新型分级结构,实验结果表明这些垂直取向的纳米片受水热体系添加的硝酸铵的影响,凭借硝酸铵提供的酸性环境及其中的NO3-与g-C3N4表面的七嗪环单元间建立了氢键作用,g-C3N4在高温高压的水热条件形成了表面垂直片层的新型分级结构。该垂直片层的分级结构可以提供更高的比表面积和更好的结晶度,载流子分离和传输效率得到大幅促进,光生电子空穴对的复合被明显抑制,相应地也促进了反应物的传质与扩散过程。相比于改性前的g-C3N4,其在可见光下的产氢速率提高了4.1倍,本工作为实现简单环保的纳米结构化提供了一种新的策略。2.采用超分子自组装法来改善g-C3N4在传统体相聚合中动力学传质受限的问题,即通过引入1-氨基-2-丙醇调控双氰胺的水热过程制备了具有新型结构的超分子前驱体,并经煅烧获得了乙基官能团修饰的多级管状氮化碳HCN0.7。结果显示,通过双氰胺与1-氨基-2-丙醇的亲核反应改变了超分子前驱体的自组装路径,结构中引入了1-氨基-2-丙醇的改性前驱体在高温煅烧过程后形成了乙基接枝的化学结构。该改性结构具有诸多优点:引入的乙基官能团不仅能拓展可见光响应范围,而且可以在能带中引入与之相关的中间能级,使其在450-560 nm的可见光区域展现额外的吸光活性;乙基官能团在结构中引导电子云的重新分布,能够促进光生电子空穴对的分离和迁移效率;生成的大量介孔以及扩大的比表面积能提供更多的活性位点,有利于物质的扩散和吸附过程。因为乙基接枝的多级结构使光吸收、载流子分离和传输和表面反应得到协同促进,所以HCN0.7在可见光下取得显著增强的光催化产氢活性,达到13.84 mmol/h/g（在为420 nm处AQE为18.25%）,比未改性的氮化碳提高了30.1倍。3.基于前面的工作,进一步采用二异丙醇胺调控超分子前驱体的结构,合成了乙氧基官能团接枝的多孔氮化碳分级结构,并在表面负载上极性MgO（111）促进表面局域电场极化,构建的高效g-C3N4基光催化体系用于光催化CO2还原反应,表现出高效的CO析出速率（122.15μmol/h/g）,相比于BCN提高55.6倍。实验和理论计算结果表明,所制备的氮化碳得益于接枝的乙氧基官能团,其可见光的吸收能力明显提升,光生电荷的传输能力与利用率得到促进,材料的还原能力增强为反应提供更强的热力学驱动力,同时CO2吸附能力得到改善。与MgO（111）载体的局域电场极化进行协同耦合作用,进一步加强了光生载流子的分离效率和离域电子浓度,因此,该样品展现出优异的光催化活性。该工作对改善g-C3N4的电子结构和表面性质以构筑高效光催化体系提供了新的思路。