光催化分解水制氢是一种理想的将太阳能转化为氢气化学能的途径。而光催化制氢反应最核心的研究内容就是开发具有高活性、高稳定性、宽光谱响应的光催化制氢材料。在诸多被报道的光催化制氢材料中,石墨相氮化碳（g-C₃N₄）因其优异的性能成为近年来光催化领域的一个研究热点材料。然而g-C₃N₄具有比表面积小、导电性差、以及光生电子-空穴对复合率高等缺陷,导致g-C₃N₄材料的光催化制氢效率较低。后热处理可以通过在七嗪环结构单元中制造氮空位来调整带隙,拓宽g-C₃N₄的光响应范围,从而显著提高g-C₃N₄的制氢性能。而目前尚缺乏在g-C₃N₄材料中高效引入氮空位的有效手段,另外热处理产生氮空位的同时破坏了g-C₃N₄结构键联,降低了g-C₃N₄材料的结晶度,不利于制氢性能的提升。针对上述问题,本论文将从高效引入氮缺陷、以及氨气氛调控氮空位浓度,提高结晶度两个方面入手,对g-C₃N₄材料进行改性,主要研究内容如下:1.快速热处理多孔g-C₃N₄高效引入氮空位提高光催化制氢性能。三聚氰胺等前驱体高温热聚得到的g-C₃N₄,其比表面积较小,在后续热处理过程中,因较少的原子暴露在空气中,不利于氧化反应产生氮空位。多孔g-C₃N₄有着大的比表面积,以及高的表面原子浓度,从而在加热过程中有利于氮空位的生成。因此本文使用纳米二氧化硅（12 nm）做硬模板、以二氰二胺为前驱体,制备了大比表面积、多孔g-C₃N₄材料,热处理引入了高浓度氮空位。XRD和红外光谱分析结果表明,快速热处理降低了多孔g-C₃N₄的结晶度但是没有改变其结构。XPS和EPR测试结果表明,相较块材g-C₃N₄,多孔g-C₃N₄更容易高效引入氮空位。紫外-可见光谱可以看出热处理引进高浓度氮空位使得多孔g-C₃N₄的可见光吸收增强,禁带宽度变窄,荧光和电化学实验则证明了氮空位的引入增强了电荷转移效率,降低了光生电子-空穴对复合率。产氢实验结果中,多孔g-C₃N₄在650 ^oC热处理10 min之后的样品,具有最高的光催化制氢性能(30μmol·h^-1),是没有热处理时的4倍。其制氢性能相比同样条件热处理的传统g-C₃N₄提高了3倍多,证明了热处理在多孔g-C₃N₄材料中引入高浓度氮空位,有利于制氢性能的提升。2.氨氛围快速热处理g-C₃N₄调控氮空位浓度提高光催化制氢性能。热处理氧化g-C₃N₄材料产生氮缺陷、提升其光催化制氢性能的研究备受关注,但其存在氮空位浓度高且不可控、一定程度破坏g-C₃N₄结构键联,使得g-C₃N₄的结晶度下降,导致其光催化制氢效率较低。因此,本文采用尿素分解产生NH₃气氛加热抑制N元素过度氧化策略,将二氰二胺为前驱体制备的g-C₃N₄,与不同含量的尿素混合进行了快速的热处理,研究了尿素的加入热处理后g-C₃N₄材料的氮空位浓度、结晶度及对光催化制氢性能的影响。研究表明,相比650 ^oC直接热处理的g-C₃N₄材料,尿素的加入降低了氮空位的浓度,且提升了其结晶度。在优化的尿素添加量下,g-C₃N₄的可见光光催化制氢速率为6.5μmol·h^-1是没有添加尿素处理的样品的3倍。该研究结果表明了利用尿素原位分解产生的NH₃抑制了g-C₃N₄热处理过程中氮原子的氧化程度、实现了氮空位浓度可调,提高了结晶度,进而提升了其光催化制氢性能。3.三聚硫氰酸制备薄层氮化碳及其热处理性能研究。传统的g-C₃N₄通常是以富氮前驱体通过脱氨基缩聚的方法来制备,限制了g-C₃N₄的聚合程度,因此,本实验以三聚硫氰酸为前驱体,通过硫氢根（SH）的脱离实现热缩聚,避免了脱氨的缩合过程,进而制备了一种大面积薄层的氮化碳（CN）。XRD和红外光谱表明合成的氮化碳为g-C₃N₄且热处理降低了g-C₃N₄的结晶度但是没有改变其结构。BET显示三聚硫氰酸合成的g-C₃N₄比表面积为39 m²g^-1,是普通g-C₃N₄的三倍。XPS结果表示热处理工艺成功引进了高浓度氮空位。紫外光谱可以看出CN与普通的g-C₃N₄相比可见光吸收能力大大提高,热处理引进了氮空位使得CN的长波长光谱吸收增强,禁带宽度变窄。荧光和电化学实验则证明氮空位使得光生电子-空穴对复合效率降低。光催化制氢性能实验表明以三聚硫氰酸为前驱体合成的CN的制氢性能(6μmol·h^-1)远远大于块材g-C₃N₄(0.3μmol·h^-1),且热处理使CN的制氢性能提高了两倍(13μmol·h^-1)。总的来说,使用三聚硫氰酸能够在短时间内合成性能优异的薄层大面积g-C₃N₄,且可以通过热处理可高效引进氮空位,提升光催化制氢性能。