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随着全球能源需求的持续增长和环境危机的日益严峻，利用太阳能转化和储存清洁能源的构想得到了越来越多政府和科研工作者的重点关注。在众多太阳能转化的备选方式中，借助于半导体光催化材料的太阳能驱动催化水分解制氢系统被认为是非常有前景的能量转化方式之一。石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种合成简单、性质稳定且具有光催化性能的有机半导体材料。它作为一种非金属可见光分解水制氢催化剂，近几年吸引了科研工作者的浓厚兴趣和广泛研究。然而，g-C3N4材料较低的光子利用效率和较高的光生电子空穴复合速率仍在很大程度上限制了其可见光分解水产氢性能，并且与其相关的催化反应作用机理尚不明确。因此，设计制备具有优异光催化性能的g-C3N4材料，探索其光催化产氢机理具有重大的科学意义。基于此研究背景，本论文围绕g-C3N4有机半导体光催化材料的设计、制备和改性开展了研究工作，同时深入探索了其可见光分解水制氢过程的反应机理，以期开发出高效的g-C3N4基光解水催化材料。 首先，通过一种简单的碱处理方法，首次在g-C3N4材料表面构建了一层弱氢键网络。通过系列表征发现，当碱浓度为0.001M时，碱处理并不会影响材料的化学键组成。然而，当碱浓度达到10M时，材料结构会发生部分的羟基取代现象。此外，通过1H固体核磁共振测试可以得出，随着碱处理浓度的增加，材料表面氨基与水分子间质子交换愈加强烈。从1H同核二维双量子-单量子(DQ-SQ)相关谱可知，经0.001M弱碱处理后的材料表面形成了一层弱氢键网络，而经10M浓碱处理后的材料表面结构已经被破坏，并形成了氨基/羟基/水相互作用的强氢键。通过DFT理论模拟计算发现，表面形成的氢键桥网络结构可以有效缩短水分子和g-C3N4材料之间的距离，为材料表面质子与激发电荷的传输提供了多重通道，稳定了阴离子中间态和过渡态从而抑制电子空穴的复合。通过光解水产氢性能测试，发现在可见光照射条件下，表面氢键化的g-C3N4材料分解水制氢性能对比于未处理的g-C3N4提高了2倍。 其次，通过一种简单、环保、高效的溶剂辅助机械球磨法对g-C3N4进行了机械处理，得到一系列具有表面缺陷的g-C3N4非晶样品。本工作选取了不同极性的有机溶剂作为球磨辅助溶剂，通过可见光分解水制氢性能表征测试发现，所有经过球磨的样品，其光解水性能都实现了一定的提升，并且溶剂极性与性能之间存在相关性。其中，在所有辅助溶剂中，乙腈具有与材料较为合适的表面张力，所得到的样品制氢性能为纯g-C3N4的7倍。由于结构完美的g-C3N4材料几乎没有光催化性能，其活性位只存在于边缘及表面缺陷位。而溶剂辅助机械球磨法可通过简单、高效的方式达到增加材料表面活性位的目的，而从为制备高效的g-C3N4光催化材料提供了有效途径。 此外，机械球磨法不仅可以改变纯g-C3N4材料表面性质，而且可以改变前驱体的分子间作用力，并自下而上优化g-C3N4材料的结构。通过简单、高效的水辅助机械球磨法制备了分子间作用力无序化的二氰二胺前驱体。XRD/FTIR分析结果表明机械球磨并没有改变二氰二胺分子化学键结构，但改变了分子间弱的作用力，并降低了其结晶性。通过TG-DSC表征可知，处理后的前驱体改变了g-C3N4形成过程和聚合度。最终所得到的样品(D-CN)相较于普通g-C3N4样品具有更大的比表面积、更宽的可见光吸收范围、更小的电子传输电阻及更大的瞬态光电流密度，最终促使光催化性能显著提升，为普通g-C3N4的3倍。 为了进一步探究g-C3N4材料光解水制氢作用机理，通过简单的溶剂热和热处理两步法成功调控了肼衍生基团在g-C3N4表面的生成和剥离，使其可见光分解水制氢性能经历了先失活后激活的过程。通过EA和EPR测试可知，肼溶剂处理可使g-C3N4表面产生更多的-NH2-NH2基团，而氢气热处理可部分去除该基团，进而产生更多的表面缺陷。肼衍生基团的介入可以改变材料表面电子离域化以及电荷分布，从而改变了材料的物理化学性质。通过可见光分解水制氢性能测试发现，随着加入水合肼浓度的增加，CN-x样品呈现逐渐失活的趋势，随后，用氢气热处理的方式除掉肼衍生基团后，材料的光催化性能逐渐恢复并高于未处理的g-C3N4样品。 最后一章，通过简单的氰胺-尿素共混法优化了g-C3N4的形成和热解过程，同时使其光吸收和光电催化性质得到改善。由于氰胺和尿素具有不同的物理化学性质且熔点及分解点也各不相同，通过TG表征可知，通过调节氰胺/尿素的比例可调控其热解过程。通过一系列表征测试结果得知，该调控方法不仅可以改变g-C3N4材料表面电子离域化及电荷分布，同时改变了材料的物理化学性质和光电化学性质。当氰胺/尿素质量比为1∶3时，其具有最高的光电流密度、最小的电子传输电阻及最高的可见光分解水性能。