日益严重的能源危机和环境污染问题,已经危害人类的健康和社会的可持续发展。能源危机和环境污染问题得到妥善的解决,是人类社会可持续发展的关键。光催化材料可将太阳能转化为化学能,或产生活性基团矿化有机污染物,达到解决能源危机和环境问题的目的。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）具有合适的能带结构和可见光响应活性等特点,在光催化领域有潜在的应用前景。但是,原始g-C₃N₄较低的光吸收和量子效率导致催化活性较差,不能满足实际的太阳能转化应用要求。因此,为了达到光催化技术的应用标准,要对原始g-C₃N₄进行结构调控或改性处理。本文围绕g-C₃N₄可见光吸收能力低和光生电子-空穴对易于复合等关键技术问题,研究、设计并制备了g-C₃N₄异质结材料和结构缺陷改性g-C₃N₄材料,并进行了一系列的表征测试。首先将一定量的TiC和尿素混合并进行热处理,制备了C-TiO₂/g-C₃N₄异质结材料。C-TiO₂与g-C₃N₄紧密结合,优化了g-C₃N₄的可见光吸收能力,减小了光生电子-空穴再复合速率。当C-TiO₂的质量分数达到0.33%时,C-TiO₂/g-C₃N₄异质结最优光催化产氢量达到5.728 mmol/g,是原始g-C₃N₄的2.5倍,同时其光催化稳定性也得到显著的提升。采用浸渍法和后期热处理,制备了C-TiO₂/WS₂/g-C₃N₄三相异质结材料。三相异质结体系提高了可见光响应能力,有效缩小禁带宽度,其带隙结构有利于光催化水分解反应的发生。三相异质结体系光催化水分解活性比原始g-C₃N₄、C-TiO₂/g-C₃N₄和WS₂/g-C₃N₄的光催化水分解活性更高,也表现出更好的光催化分解海水能力。分析发现,C-TiO₂和WS₂产生的光电子转移至g-C₃N₄,而g-C₃N₄产生的空穴则迁移至C-TiO₂和WS₂两相中,实现光生电子和空穴的有效分离。通过煅烧柠檬酸铋和尿素混合物制备了Bi₂O₂CO₃/g-C₃N₄异质结材料。Bi₂O₂CO₃纳米颗粒中的Bi原子与g-C₃N₄中的C和N原子形成较弱的Bi-C和Bi-N键,增加了两相结合的稳定性。当Bi₂O₂CO₃在异质结中的含量在0.64 wt.%时,其光催化产氢速率达到最大值965μmol?g^-1?h^-1,约是原始g-C₃N₄活性的3倍。Bi₂O₂CO₃与g-C₃N₄构成的并不是传统的异质结体系,而是直接Z型异质结体系。通过热处理抗坏血酸和尿素的混合物,g-C₃N₄晶格中引入了O原子和氰基官能团两种结构缺陷。O原子替代晶格中的N原子,形成N-C-O键和C=O键,氰基官能团则连接在边缘氮位置。结构缺陷共改性g-C₃N₄具有很强的可见光吸收能力,其在可见光波段存在一个较大的吸收肩,延长了可见光吸收范围。共改性g-C₃N₄的5h产氢量是g-C₃N₄的3.5倍,达到6.7 mmol/g,这得益于O原子和氰基官能团很好的分流了电子和空穴,实现了电荷载流子在g-C₃N₄纳米片上的空间分离。最后采用二次热处理g-C₃N₄方法,制备了S原子和氰基官能团两种结构缺陷共改性的g-C₃N₄,并有单质态S原子沉积在g-C₃N₄纳米片上。S原子替代g-C₃N₄晶格中的N原子形成C-S键,另一方面H₂S不完全氧化生成了单质态S原子。掺杂态S原子和氰基官能团促进了光生电子和空穴在g-C₃N₄上的分离,同时单质态S原子能暴露更多的活性位点,使得改性g-C₃N₄最优光催化产氢速率达到1.90 mmol?g^-1?h^-1。