光催化分解水产氢是实现太阳能转化为氢能的有效途径。近年来，氮化碳基材料在光催化领域引起了研究者们的广泛关注。g-C3N4廉价易得，结构稳定，禁带宽度较低（Eg=2.7 eV），但是由于其光生电子-空穴的复合率较高，限制了它在光催化方面的应用。本论文通过非金属掺杂以及与半导体复合制备了g-C3N4基光催化分解水产氢催化剂，所得催化剂的光催化性能比未改性的 g-C3N4有显著提高。这是由于改性氮化碳的光生电子-空穴的复合率降低以及对可见光的吸收增大。本论文的主要研究成果如下：
　　（1）以绿色天然高分子纤维素为碳源，以三聚氰胺作为前驱体，通过煅烧的方法合成了一系列不同碳含量掺杂的氮化碳基复合材料。在可见光的照射下，上述材料的光催化分解水产氢活性得到了明显的增强。光催化活性最好的复合材料的产氢效率是纯的g-C3N4的17倍，并且该材料在循环使用4次以后，仍然表现出较好的光催化性能，说明其具有良好的循环使用性。该复合材料的光催化产氢性能显著提高的原因是由于碳掺杂使 g-C3N4中的碳氮原子比例发生改变，碳含量增加，导致复合材料的光生电子-空穴的分离效率增加以及对可见光的吸收能力增强。值得一提的是，将该催化剂用于光催化产氢反应时，并不需要额外光敏剂，这说明通过碳原子掺杂，复合材料对可见光的吸收能力大大增强，进而提高了复合材料的光催化性能。本部分研究工作表明，可以通过改变 g-C3N4中的碳氮原子比来提高其光催化性能，为开发高效的氮化碳基光催化剂提供了一种新的方法。
　　（2）将钴硫化物（CoS-CoS2）与g-C3N4混合并超声，得到CoS-CoS2/g-C3N4复合材料。测试结果表明，在pH=7和可见光照射的条件下，CoS-CoS2/g-C3N4复合材料表现出较好的光催化产氢的性能，其产氢效率高于CoS-CoS2和g-C3N4。这是因为在CoS-CoS2和g-C3N4两种半导体之间形成了异质结结构，使光生电子-空穴的分离效率得到了提高，从而加速了电荷的迁移效率，增强了光催化性能。
　　（3）通过水热方法合成出具有磁性的材料CoFe2O4，并通过机械混合的方法将 CoFe2O4和 g-C3N4进行复合，得到了 CoFe2O4/g-C3N4复合材料。通过光催化分解水产氢测试发现该复合材料具有良好的光催化产氢活性，并且光催化产氢效率明显高于CoFe2O4和g-C3N4。光催化性能提高的原因是在CoFe2O4和g-C3N4之间形成了异质结结构，从而加速了电荷的迁移效率。重要的是，该复合材料具有磁性，光催化反应结束后，催化剂易于从反应液中完全分离。