聚合物型石墨相氮化碳（g-C3N4）是一类可见光驱动的半导体光催化材料,本身的共轭聚合结构使其表现出突出的光学特性、独特的电子结构和较好的物理化学稳定性,因此g-C3N4成为太阳能转化过程和环境修复应用领域的研究热点。本论文基于g-C3N4材料进行光催化反应时存在的光生电子空穴分离迁移效率低、比表面积小、片层堆叠严重、可见光响应能力有限、界面耦合作用弱等本征问题,有针对性地对g-C3N4基光催化材料进行改性。采用缺陷工程、功能复合构筑异质结、纳米结构设计和元素共掺杂等手段,以实现高效的面向绿色能源转换或环境修复的不同体系可见光光催化,并研究其结构和组成与光催化性能之间的构效关系,为设计和构筑新型g-C3N4基光催化体系提供全新的指导思路。针对g-C3N4光生电子空穴极易复合、光激发载流子分离效率低的本征问题,向g-C3N4骨架中合理引入氮缺陷,采用难溶碳酸盐（Ba CO3）辅助的双氰胺原位热聚合法制备氮缺陷修饰的石墨相氮化碳。Ba CO3的添加会影响g-C3N4的热缩聚过程和g-C3N4层间链的周期性排列,并改变g-C3N4的庚嗪环结构,使g-C3N4开环,于末端修饰氰基（-C≡N）,且在N2C的位置上形成氮空位。氰基本身可以作为光催化反应的活性位点,且这种强电子捕获阱引起的表面电荷极化有助于产生更多的有效光激发载流子,可以大幅提高光生电子空穴的分离效率,从而实现高效的多功能光催化应用。表面氮缺陷态的浓度可以通过改变辅助添加物Ba CO3的质量有效调控,从而进一步调控材料的光催化性能。性能最优的样品在可见光照射下的光还原驱动催化分解水制氢反应中的反应速率可达71.57μmol h-1,约是g-C3N4的13.5倍;对甲基橙（MO）的表观光催化降解速率常数达到g-C3N4的5倍,可以实现分解水析氢和降解有机污染物的光催化还原和氧化应用。除了光生载流子复合几率大、电子空穴分离效率低的问题,体相g-C3N4的比表面积小,反应活性面积暴露不足和可见光响应范围有限也限制了其多功能光催化应用。采用构筑异质结的策略,开发一锅法制备直接Z型MoO3/g-C3N4异质结,实现材料形貌、带隙结构、氧化还原能力的同步优化。通过改变前驱体的浓度调控复合材料中单组分的颗粒尺寸,并且该方法得到的异质结的界面结构使体相g-C3N4的堆积得到明显改善,比表面积显著提高(64.3 m~2g-1),能够暴露出更多活性位点并形成氧空位。研究表明,氧空位的存在有助于缩小本征带隙并增强MoO3/g-C3N4的可见光吸收能力,因此材料对太阳能的利用率显著提高。同时MoO3/g-C3N4在进行光催化反应时遵循Z型电荷转移机制,Z型机制能够赋予MoO3/g-C3N4很高的氧化还原能力,其较高的导带（CB）位置带来的强还原驱动力和较低价带（VB）位置导致的强氧化性使之成为多功能光催化材料的最佳候选。MoO3/g-C3N4的光催化分解水产氢活性是纯石墨相氮化碳的近17倍,而光催化氧化降解MO活性较g-C3N4相比表现出更加大幅度的提升。实现界面耦合性能的增强对提升光催化性能具有至关重要的作用,g-C3N4与合适的电子传输材料（例如碳点,简称CDs）复合可提升光催化活性,构筑的异质结能够形成内部电场,可以加速空间电荷分离,但亟需解决界面偶联作用较弱的问题。采用协同耦合策略,制备S,Cl共掺杂的、界面以共价键形式耦合的g-C3N4/CDs异质结杂化材料（以下简称CSCl-C3N4）,CSCl-C3N4的光催化性能可以通过改变CDs的浓度来调控。直接煅烧复合法使0.5CSCl-C3N4材料呈现为厚度约为3.12 nm的超薄2D纳米片,并且具有明显增大的BET比表面积和丰富的孔结构。通过理论计算和实验表征结果证实,共掺杂和CDs对电子结构的优化使g-C3N4禁带宽度变窄,可见光吸收范围明显扩大,从而能够显著加速CDs与杂原子掺杂的g-C3N4之间的电荷转移。均匀分布并同时充当电子受体与给体的CDs、可促进π共轭电子离域的杂原子掺杂和紧密连接的异质结构能够大大促进材料光生载流子的高效传输分离和迁移。具有适宜CDs浓度的0.5CSCl-C3N4的光催化水分解产H2速率提高到最优的192.49μmol h-1,约为纯氮化碳(7.74μmol h-1)的25倍,降解抗生素四环素的表观反应速率常数k(0.28 L mg-1min-1)是g-C3N4(0.018 L mg-1min-1)的15.3倍。