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水污染问题已经成为人类不得不面对的一大难题。同时，能源危机又严重制约着人类解决水污染问题的发展。半导体光催化技术因其可以利用取之不尽的太阳能以及优秀的环境净化能力，在解决水污染问题和能源问题上有着广阔的应用前景。到目前为止，人们已经开发出许多优秀的光催化剂并展现出了令人兴奋的光催化性能，但它们都不是完美的。正如被誉为“光催化之星”的石墨相氮化碳(g-C3N4)，其拥有制造成本低、制备方法简单、有可见光活性、无生物毒性、性质稳定等诸多优点，但它还存氧化还原能力弱、光生载流子易复合、比表面积低等致命缺点。本文从形貌构建、引入空位、碳材料表面修饰、表面酸化、元素掺杂等方面入手对g-C3N4进行了一系列的改性，提高了g-C3N4的激子解离能力、光生载流子的传导能力、光吸收能力以及氧化还原能力等。以多种污染物为底物对改性后的材料进行了光催化性能测试，综合评价了改性后材料的氧化能力和还原能力。具体研究结果概括如下：
1、通过在H2气氛下煅烧的方法，制备了拥有均匀氮空位改性的氮化碳纳米片(g-C3N4-VN Ns)。通过各种表征与实验证明了氮空位的引入改变了材料内部的电势分布，切实增强了激子的解离，产生了更多的羟基自由基(?OH)从而大大增强了材料对多种有机污染物(4-氯苯酚(4-CP)、双酚A(BPA)、四环素(TET)和苯酚(Ph))的氧化能力。
2、以废弃油茶果壳为原料，制备了生物基碳量子点(BCQDs)，然后使用低温水热法将BCQDs负载到了氮化碳上，并通过简单地稀盐酸酸化法制备了负载了酸性生物基碳量子点的超薄氮化碳纳米片(H+/BCQDs/g-C3N4)。通过表征和试验证明，BCQDs可以有效提高g-C3N4的光吸收能力、光生载流子的转移能力。更重要的是，酸化后H+/BCQDs/g-C3N4材料上的BCQDs和H+会起到协同的作用，这使得H+/BCQDs/g-C3N4可以在不加酸的情况下快速还原重金属Cr(Ⅵ)。
3、利用二硫化碳(CS2)对前驱体三聚氰胺进行预处理的方法制备了多孔硫掺杂石墨相氮化碳(P-C3N4-xSx)，并用稀盐酸对材料进行酸化，制备了酸化多孔硫掺杂石墨相氮化碳(H+/P-C3N4-xSx)材料。通过各种表征和实验证明了S元素的掺杂可以明显缩小禁带宽度从而增强光吸收。此外，掺杂后材料的比表面积显著增加。通过材料对四氟苯酚(4-FP)的降解实验和对Cr(Ⅵ)的还原实验，证明了硫掺杂材料的氧化和还原能力相对于g-C3N4均有明显的提高。
1、通过在H2气氛下煅烧的方法，制备了拥有均匀氮空位改性的氮化碳纳米片(g-C3N4-VN Ns)。通过各种表征与实验证明了氮空位的引入改变了材料内部的电势分布，切实增强了激子的解离，产生了更多的羟基自由基(?OH)从而大大增强了材料对多种有机污染物(4-氯苯酚(4-CP)、双酚A(BPA)、四环素(TET)和苯酚(Ph))的氧化能力。
2、以废弃油茶果壳为原料，制备了生物基碳量子点(BCQDs)，然后使用低温水热法将BCQDs负载到了氮化碳上，并通过简单地稀盐酸酸化法制备了负载了酸性生物基碳量子点的超薄氮化碳纳米片(H+/BCQDs/g-C3N4)。通过表征和试验证明，BCQDs可以有效提高g-C3N4的光吸收能力、光生载流子的转移能力。更重要的是，酸化后H+/BCQDs/g-C3N4材料上的BCQDs和H+会起到协同的作用，这使得H+/BCQDs/g-C3N4可以在不加酸的情况下快速还原重金属Cr(Ⅵ)。
3、利用二硫化碳(CS2)对前驱体三聚氰胺进行预处理的方法制备了多孔硫掺杂石墨相氮化碳(P-C3N4-xSx)，并用稀盐酸对材料进行酸化，制备了酸化多孔硫掺杂石墨相氮化碳(H+/P-C3N4-xSx)材料。通过各种表征和实验证明了S元素的掺杂可以明显缩小禁带宽度从而增强光吸收。此外，掺杂后材料的比表面积显著增加。通过材料对四氟苯酚(4-FP)的降解实验和对Cr(Ⅵ)的还原实验，证明了硫掺杂材料的氧化和还原能力相对于g-C3N4均有明显的提高。