石墨相氮化碳（g-C3N4）是一类非常重要的非金属聚合物,在能源和催化等众多领域中具有广泛且重要的用途。因其具有原料丰富、制备工艺简单、稳定性强、绿色安全等特性,已被成功地应用于光催化产氢、CO2还原和N2固定等多种能量转换、环境工程及其相关反应体系中。尽管具有以上诸多优点,对于单纯、未经改性的g-C3N4光催化剂,光催化反应中可见光捕获能力较低以及光生电子-空穴对的快速复合导致电荷分离效率低等问题直接导致了其光催化性能远低于产业化的标准,从而限制了其进一步大规模应用。因此,如何进一步提高g-C3N4材料的光催化性能,特别是在可见光区的光催化反应活性和载流子输运性能,是提高其光催化产氢性能的关键。本博士论文主要通过助催化剂负载、构建异质结构、利用缺陷工程设计和引入异元素掺杂等改性手段和策略来构建新型g-C3N4基复合材料,制备系列具有高活性和高稳定性的新型光催化剂,重点研究和探讨所制备复合材料的可控合成、能带结构、活性位点、光催化应用等相关科学问题,以提高和优化其光催化制氢性能。所取得的主要研究结果和创新点如下:一、通过热液注射方法结合超声辅助的自组装方法,设计和制备出二维ReSe2/g-C3N4异质结构光催化剂,在ReSe2纳米片上诱导引入适量硒空位来调控和优化其电子结构和传导性能。透射电子显微镜（TEM/HRTEM）表征显示该复合纳米材料的组成形式为二维的2D/2D型异质结构。X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和电子顺磁共振波谱（EPR）等多种技术研究也证实了该异质结构的成功制备;XPS、紫外-可见光光谱（UV-Vis）和电化学莫特肖特基实验（Mottschottky）等还研究分析了 ReSe2和g-C3N4材料的能带结构以及组成异质结构的类型。密度泛函理论（DFT）计算表明,经过剥离后的二维ReSe2材料能够产生更多的高质量的边缘活性位点,并且异质结构的形成促进了催化剂和助催化剂之间发生电子转移,g-C3N4表面的载流子被输送到这些活性位置进行产氢反应,这一过程大幅提高了电荷传输效率,抑制了光生电子-空穴对的复合。实验研究表明,二维ReSe2/g-C3N4复合材料的可见光催化产氢效率达到1055.50μmol g-1 h-1。同时,二维ReSe2/g-C3N4复合材料显示出更好的可见光响应效果和更高的稳定性,均优于文献报道的大多数同类型材料。二、采用溶剂热反应和自组装工程设计和制备出带有嵌入的NiCoP纳米颗粒（NPs）的NiCoP/g-C3N4复合纳米材料。在合成过程中,NiCoP纳米颗粒通过形成特殊的P（δ-）-Co（δ+）/Ni（δ+）-N（δ-）键,使得NiCoP保持分散的状态并固定在g-C3N4纳米片表面。XPS等结构测试显示,P（δ-）-Co（δ+）/Ni（δ+）-N（δ-）键的形成使复合材料表面对H原子的吸附能力增强,产生新的高效催化活性位点。UV-Vis和紫外光电子能谱（UPS）等测试对能带结构的深入研究表明,NiCoP纳米颗粒具有的金属特性可以与g-C3N4纳米片形成肖特基势垒,调控g-C3N4纳米片的电子结构,使g-C3N4纳米片的价带发生变化,并将g-C3N4表面产生的光生电子转移到助催化剂NiCoP上完成H+还原反应。在光催化制氢实验中,NiCoP/g-C3N4复合材料在仅有1 wt%负载量的基础上维持了高水平的稳定性和活性,产氢效率达到1067.11μmol g-1 h-1,在助催化剂的利用能力和可控性等表现上明显优于同类型催化剂。三、利用掺杂改性设计、通过简单的共热缩聚反应制备了少量B元素掺杂的BCN纳米片材料,对g-C3N4纳米片的电子传导性能进行了调整和优化。XPS和HRTEM的等测试的结果验证了 B元素的成功掺杂及B原子在3-s-三嗪环上对C原子的取代效应。BET比表面积测试法和TEM等测试结果表明,B原子的掺杂使得材料形貌发生一定的改变,比表面积增加,提升了催化反应的电荷转移动力学。通过对B原子掺杂量的评估优化得到了基础性能更好的BCN-5纳米片,其光催化活性相比于原g-C3N4纳米片提高60%左右。进一步分析其结构和电子结构特性,证明B元素的掺杂明显改变了g-C3N4的导带位置。我们将BCN材料进一步与前两部分中制备的助催化剂组装以获得全新的g-C3N4基复合材料,产氢效率实验证明二维ReSe2（SV）/BCN材料的光催化活性相比于原g-C3N4基复合材料稳定提升49%,而单分散NiCoP/BCN材料的光催化活性相比于原g-C3N4基复合材料下降36%。我们结合对工作中各种复合材料的能带结构的催化反应机制分析,成功从能带调控方向的角度对这两种反差性变化提出了解释,为设计更复杂的g-C3N4基复合光催化剂提供了路径。