利用半导体光催化技术将太阳能转化为可利用的能量,用于解决能源危机和环境污染问题是当前科学研究的一个重要方向。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为一种新型的聚合物半导体因具有合适的能带结构和优异的化学稳定性,在光催化领域引起了人们的广泛关注。本论文通过IA-IIIA族金属离子掺杂g-C₃N₄,提高了g-C₃N₄可见光催化产氢性能;采用XRD,XPS,TEM,PL,UV-vis DRS,N₂等温吸附–脱附及光电化学测试等多种手段对材料进行表征,探索不同金属掺杂的g-C₃N₄催化剂组成与催化活性的内在联系,并提出可能的催化作用机制。主要研究内容和实验结果如下:1、选取锂、钠、钾的氯化物与三聚氰胺为原料,采用机械球磨-热聚合法制备碱金属离子掺杂的g-C₃N₄光催化材料。掺杂后催化剂的可见光催化活性显著提高。其中,钠离子掺杂g-C₃N₄光催化剂的最佳产氢速率为182.3μmol?h^-1;钾离子掺杂后,催化剂的产氢活性可达225.0μmol?h^-1,是纯g-C₃N₄活性的21.4倍。2、研究表明,改性后g-C₃N₄光催化性能提高的主要原因是:金属掺杂的g-C₃N₄在导带底附近生成碳缺陷杂质能级,形成双光子光催化体系（N 2p→C 2p和N 2p→Metal）,提高了对可见光的吸收能力;通过相邻碳氮的共轭π键作用,形成欧姆接触的类“Z”型电子通路的异质结结构,通过g-C₃N₄基体和客体的有效复合,提高了催化剂表面光生载流子的分离效率;金属离子的引入有利于抑制光催化产H₂O₂,提高了产氧效率,并促进了氢气的生成。3、热聚合过程中,金属离子取代了原料三聚氰胺端氨基上的质子氢,导致g-C₃N₄的端氨基和sp³ N含量降低,活性位点sp² N含量增加,这对催化剂的活性影响显著。随着钠、镁、铝金属原子外层电子的逐渐增多,与三聚氰胺的配位数逐渐增加,sp³ N含量逐渐减少,g-C₃N₄的聚合度下降,光催化材料的性能逐渐降低。与钠掺杂g-C₃N₄催化剂相比,镁掺杂g-C₃N₄和铝掺杂g-C₃N₄催化剂的产氢活性分别降低至67.1μmol?h^-1和21.7μmol?h^-1。4、随着碱金属的金属性增强,与之配位的氮原子周边的电子云密度升高,通过共轭π键,碳原子周边的电子云密度也同样升高,导致碳缺陷杂质能级离导带底愈远,可见光吸收能力愈强,催化剂的光催化性能愈高。