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本论文围绕三维结构纳米光催化材料的环境净化和能源转化开展了一系列具有原创性的研究。在环境净化方面,建立了水中污染物的吸附富集-光催化协同去除的新方法,实现了水中污染物的高通量矿化去除,为水中污染物控制关键问题的解决提供了新思路。在能源转化方面,构建了具有不同形貌结构的氧掺杂氮化碳气凝胶材料,极大地拓展了可见光的吸收范围,为构建具有高效产氢性能的氮化碳气凝胶提供了一种新思路。通过化学吸附法合成了具有核壳结构的TCNQ@TiO2复合可见光催化剂。在可见光下,TCNQ的HOMO轨道上的空穴可转移至TiO2的价带上,促进了光生电子和空穴的高效分离。传输到TiO2的价带上的空穴可以直接氧化有机物,从而产生了对苯酚的降解能力。在紫外线下,TiO2导带中的电子可注入TCNQ的LUMO轨道,但是由于LUMO位置比较低,不容易跟氧结合,抑制了形成超氧自由基降解过程,累积的电荷重新复合,降低了TiO2在紫外线下的本征活性。通过简单的原位聚合的方法构建了免分离聚苯胺（PANI）/TiO2复合凝胶,建立了水中有害有机污染物质的吸附富集-光催化降解矿化的新方法,解决了吸附法容易吸附饱和及光催化法效率低、催化剂难以回收的难题,为水中有机污染物控制关键问题的解决提供了新思路。由于复合凝胶结构可以吸附富集水体中的有机污染物,同时,在光照下,通过固载在三维网络结构中的纳米光催化剂原位降解吸附的污染物,从而实现对污染物的吸附富集-光催化协同去除。通过热刻蚀的方法将体相氮化碳（BCN）剥离为少层的氮化碳纳米片（CNNS）,然后通过原位聚合的方式构建了聚苯胺（PANI）/氮化碳纳米片（CNNS）复合凝胶。该方法简便易操作,可大量制备,实现了水中有害有机污染物质的吸附富集-光催化降解矿化,并且净化材料容易分离和再生,不产生二次污染,为水中有机污染物控制关键问题的解决提供了新思路。本章通过水热剪辑和自组装的方法,构建了具有氧掺杂的氮化碳气凝胶（OCNA）。探讨了氮化碳的剪切机理、不同形貌气凝胶的组装机理及氧掺杂的调控机理。氧掺杂的氮化碳气凝胶相比于体相氮化碳具有更快的电子空穴分离效率,更长的载流子寿命,从而展现出更高的产氢性能。同时,氧掺杂调节了氮化碳的能带,导致更负的导带位置及更窄的能带间隙,从而将可见光的吸收范围极大地拓展,为构建具有高效产氢性能的氮化碳气凝胶提供了一种新思路。