环境污染和能源危机是目前人类面临的两大突出问题,合理解决这两大问题是实现和谐社会可持续发展以及实现中华民族伟大复兴的基础。半导体光催化是一种近代新生技术,不仅能利用太阳光催化氧化废水中的有机污染物、净化空气中的有害气体,还能模仿植物光合作用将低密度太阳能转化为高密度化学能,并且无温室气体CO₂释放,对净化环境和解决能源危机具有潜在应用价值。然而,以TiO₂为代表的传统半导体光催化剂存在着诸多弊端,如光谱响应低、光利用率低、量子效率低和易失活等,从而严重制约了光催化技术的发展。g-C₃N₄材料因制备方法简单、原材料廉价和具有可见光催化活性而备受人们关注。然而,由三聚氰胺高温聚合得到的g-C₃N₄是一种多层状的体相结构,活性位点数少、光生载流子复合速率快和传质阻力大等缺点,严重抑制了其光催化活性。为此对g-C₃N₄材料进行改性显得十分必要。本文从半导体形貌控制、杂多酸掺杂、贵金属修饰、构建半导体异质节等方式来增强材料的光谱响应、提升光生载流子的分离传导速率、抑制光生载流子的复合速率、降低催化反应的传质阻力,从而提高材料的量子效率。同时,本文对催化剂的制备、催化材料的表征、催化反应进行了详细的探究。主要包括:1、首次利用淬火技术成功合成出氮化碳纳米管（C₃N₄ NTs）,结果表明C₃N₄NTs对光催化降解持久性有机污染物和光劈裂水产氢表现出了较高的催化活性,并且管形貌能有效降低催化反应的传质阻力。2、以氮化碳纳米片和磷钨酸为原材料,首次采用溶剂热处理方式合成出H₃PW₁₂O₄₀/C₃N₄ NTs;研究表明,反应过程中氮化碳片结构上的氨基被羟基所取代,羟基聚合是纳米片卷曲成纳米管的主要原因;在对甲基橙（MO）和邻苯二甲酸二乙酯（DEP）矿化实验基础上,进一步推导出了一套详细的催化降解机理。3、采用一步溶剂热处理法,成功制备出Pt/C₃N₄ NTs复合材料;并将所合成的复合材料应用于光催化降解有机污染物、光催化劈裂水产氢和可见光条件下同时降解产氢;结果表明,复合材料在催化氧化有机污染物及劈裂水产氢方面均表现出高效的催化活性;同时降解产氢实验结果表明,以有机污染物为电子牺牲剂的同时降解产氢反应能够进行。4、在C₃N₄ NTs的基础上,以酚类物质为有机掺杂质,构建TiO₂包覆C₃N₄ NTs的复合材料C/X-TiO₂@C₃N₄ NTs（X=N、Cl、F）,并探究了构建中间带隙对同时降解产氢性能的影响;在前期同时降解产氢工作的基础上,以罗丹明B（RB）为电子牺牲剂,探究了有机污染物浓度对光催化同时降解产氢性能的影响;研究表明以50 ppm RB为电子牺牲剂时,产氢量和底物降解率都最高。5、采用HCl和乙二醇（EG）共同处理三聚氰胺法成功制备出多孔氮化碳（pg-C₃N₄）;研究结果表明,孔结构有利于提高材料的光吸收能力、延缓光生载流子复合,从而提高量子效率;pg-C₃N₄-（EG+HCl）材料对复合酚类废水具有较好的催化活性,在复合废水的处理方面具有较大的参考价值。6、为进一步提升材料的光催化活性,采用光还原沉积方法将Pt颗粒负载到pg-表面成功制备了HD-Pt/pg-C₃N₄复合材料;研究结果表明,Pt颗粒在材料表面分布均匀,有效克服了常规负载方式下Pt颗粒团聚严重的缺点;HD-Pt/pg-C₃N₄复合材料对甲基橙（MO）和对氟苯酚（PFP）催化性能结果表明,HD-Pt/pg-C₃N₄催化活性好、稳定性高。