随着全球现代化、工业化进程的不断推进,各类行业迅猛发展,以满足人类生产、生活需求,但是迅速发展的经济社会是以牺牲能源和环境为代价的。为解决能源短缺和环境污染的难题,研究者付出诸多心血,也取得了极大的进展,而光催化技术就是其中之一。光催化技术可将太阳能转化为清洁能源—氢气,也可将环境中的污染物降解为无毒无害的物质。此外,光催化技术在二氧化碳还原、消毒杀菌等领域也有广泛的应用。石墨相氮化碳（g-C3N4）由于其优异的物理化学稳定性以及对可见光响应等优势而被广泛应用到光催化领域,但是g-C3N4比表面积小、光生载流子复合快的问题仍然难以解决。本文以g-C3N4为研究主体,为改善其光催化性能,对其进行了以下几方面的研究:（1）采用密排Si O2微球作为硬质模板,反应的前驱体材料选用三聚氰胺,利用气相沉积法制备出反蛋白（IO）结构的g-C3N4光催化剂材料。通过实验发现IO g-C3N4光催化剂的析氢速率为21.22μmol·h-1,几乎是体相g-C3N4析氢速率(3.65μmol·h-1)的6倍。这是源于:IO g-C3N4的比表面积是450.2 m2?g-1,约为体相g-C3N4(13.8 m2?g-1)的33倍,多孔结构的存在为催化反应提供了更多的反应活性位点。由于部分有序多孔结构的多重散射效应,可以更好的进行光捕获并且可以提高传质能力。层间距的减小也提高了光生载流子的分离效率,表面形成的氮空位增加了局部电子密度,从而可进一步抑制电子空穴对的复合。该工作为结构设计和光催化性能提高做出了重要贡献。（2）采用水热法以六水合硝酸钴和IO g-C3N4作为反应前驱体材料,制备了阶梯型（S）Co3O4/g-C3N4（Co3O4/g-CN）复合光催化剂材料,并通过实验研究多个复合比例对Co3O4/g-CN复合光催化剂性能的影响。实验发现1 wt%Co3O4/g-CN复合光催化剂表现出最好的光催化析氢活性(析氢速率为57.71μmol·h-1)。这源于:阶梯型异质结的构建显著地提高了电荷分离效率,赋予Co3O4/g-CN复合光催化剂强氧化还原能力。当Co3O4/g-CN复合光催化剂受光激发电子跃迁到导带,Co3O4导带上的光生电子与g-C3N4的价带上的空穴复合,g-C3N4导带上的光生电子和Co3O4价带上的空穴留存下来,因此具有强的氧化还原能力,从而提高其光催化分解水产氢活性。（3）利用乙二醇将Pt还原到二氧化硅的密排模板上,之后利用化学气相沉积和刻蚀的方法,得到内表面负载有Pt纳米颗粒的具有反蛋白结构的IO Pt-g-C3N4光催化剂。研究了Pt纳米颗粒负载量对光催化产氢性能的影响,发现IO1.2 wt%Pt-g CN具有最优的光催化性能,产氢速率达到220.48μmol·h-1,几乎是体相g-C3N4析氢速率(3.65μmol·h-1)的60倍。还研究了Pt纳米颗粒负载位置对光催化性能的影响,发现在Pt负载量相同的情况下,利用光还原方法将Pt纳米颗粒随机负载到IO g-C3N4表面（IO 1.2 wt%Pt-g CN-R）的光催化析氢速率仅为150.2μmol·h-1。这源于:IO g-C3N4内表面为内凹结构,相较于外表面具有更大的电子密度,从而有助于光生电子在负载于内凹表面的Pt纳米颗粒表面富集。此外,入射光子在多孔结构内部的多次散射和反射,会增加孔内壁光生载流子的数量,而将Pt纳米颗粒负载到多孔内壁会促进光生载流子参与到水还原产氢的反应过程中。另外,由多孔构筑的孔道结构有助于反应物的传质过程。这些因素的协同作用,赋予Pt/IO g-C3N4高的光催化裂解水产氢性能。