随着全球能源和环境问题不断加重,开发一种既不依赖于化石燃料又不排放污染气体的可再生能源势在必行。目前,利用太阳光和半导体进行分解水制氢是最理想的方法之一。光催化技术的核心在于半导体的选择。在已报导的半导体中,非金属石墨相氮化碳（g-C₃N₄）凭借良好的物化稳定性、合适的带隙以及低成本等优点在光催化领域中备受关注。然而,体相g-C₃N₄由于不足的光吸收（λ<460nm）、较小的比表面积以及易复合的光生激子,严重影响其光催化活性。目前主要的改进策略有:元素掺杂、形貌调控和有机共聚等。本课题基于g-C₃N₄存在的一些缺点,采用两种方式对其进行改性,利用一系列表征技术,深入分析g-C₃N₄的形貌、光吸收能力、光生激子分离效率以及催化机理,并通过光解水产氢对其性能进行了评价。本论文主要研究内容如下:1、受到席夫碱化学反应的启发,成功将C=C双键引入到g-C₃N₄骨架中,并通过XRD、FT-IR、¹³C-NMR、UV-Vis DRS和PL等对材料进行了表征。本工作首次通过控制g-C₃N₄的C掺杂位点用于可见光光催化分解水产氢。结果表明,C=C键的引入不仅能够有效拓展光吸收范围至近红外区,而且可以显著提高光生激子的分离效率。这项工作提供了一种简单的方法去控制g-C₃N₄结构中C-自掺杂的位点。2、受到自然界氢化酶（hydrogenases,H₂ases）的启发,合成了由半导体g-C₃N₄和植酸镍（PA-Ni）配体组成的半导体-分子光催化体系（semiconductor-molecular photocatalytic system,SMPS）。通过Raman光谱、XRD、FT-IR、¹³C-NMR对产物组成和分子结构进行分析,并通过UV-Vis DRS分析该体系的光吸收能力。然后通过表面光电压实验、光电化学分析、DMPO-·O^2-EPR自旋捕获实验、稳态荧光以及瞬态荧光对该体系的光生载流子行为进行了分析。通过DFT理论计算分析了PA-Ni配体在该体系中所起的作用。最后通过Pt原位光沉积实验分别分析了该体系在可见光和近红外光的电子转移过程。本工作首次通过SMPS实现较宽光谱的吸收,能够在λ=940 nm的条件下进行光催化分解水产氢。结果表明,PA-Ni配体不仅可以极大地加快界面电荷转移和降低活化能垒,而且可以吸收更多近红外区的太阳光。这项工作提供了一种切实可行的方法去构建稳定、廉价且高效的近红外光催化产氢系统。