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在众多利用太阳能的领域中,基于光催化还原技术的光能-化学能转换被认为是充分利用太阳能的有效途径之一,实现高效光催化分解水制备高热值的氢气是当前材料与能源领域极具挑战性的课题。作为光催化分解水制氢技术的核心,高效、稳定和低成本光催化剂的设计和开发成为研究热点。石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种典型的二维聚合物半导体,具有合适的能带结构、良好的稳定性以及独特的电子结构,是一种具有潜力的光催化半导体材料。然而,g-C3N4在光催化领域应用存在光响应能力不足、电荷分离及转移性能较差、表面反应速率缓慢等热力学和动力学上的缺陷导致其光催化解水产氢效率不理想。因此,从电子结构、载流子传输效率以及表面反应动力学等方面入手,探索光催化过程中热力学和动力学上均衡优化的途径,对于提高基于g-C3N4体系的光催化解水产氢性能至关重要。为此,本论文首先使用无机铵盐辅助,一步合成具有氰基、氨基等有机官能团修饰的多孔g-C3N4纳米片。在此基础上研究微观结构的构筑以及不同官能团的修饰对g-C3N4的光吸收、电荷分离及转移和表面反应动力学等性能的影响机制;其次,以官能团修饰的多孔g-C3N4纳米片作为基体材料,通过构筑不同类型的异质结,对其光吸收性能、电荷分离及转移性能进一步优化。表征了样品的结构与性能,探究了其电荷分离及转移过程和光催化解水产氢机理。主要研究工作及结果如下:（1）通过在合成过程中引入乙酸铵合成了“类必比登”结构的g-C3N4（HCN-5）,该结构为纳米管规则环绕形成的微米管。合成过程中,乙酸铵的热解和水解产生乙酰胺、乙酸和氨气,以类“火山喷发”机制形成微米管。乙酰胺通过氢键作用诱导平面弯曲形成纳米管。第一性原理计算表明,纳米管轴向和径向上量子限域效应的差异导致光生电子沿轴向定向传输,促进了光生电荷分离。结果表明,HCN-5在350-780 nm光照射下的光催化解水产氢效率达到169.60μmol·h-1,约为体相g-C3N4(17.28μmol·h-1)的10倍。（2）通过NH4C l辅助一步合成了多官能团修饰的多孔g-C3N4纳米片（NCN-x（x=0.5、1、2、3、5））。研究发现,NH4C l的用量对NCN-x的微观结构和官能团的引入量有较大影响,当NH4Cl与三聚氰胺的质量比为5:1时,所制备的NCN-5的总孔体积可达0.457 cm~3·g-1,厚度小于50 nm,并且在NCN-5中存在大量的-C≡N、-OH和-NH2。由于-C≡N、-OH和-NH2的存在,NCN-x中电子跃迁类型在单一的π-π*跃迁基础上增加了n-π*和n-σ*跃迁,带隙由体相g-C3N4的2.70 e V逐渐减小至2.20 e V。平面内供电子基团-π平面-吸电子基团形成D-π-A的电子转移路径,且由于氢键作用以及层间距的减小,光生载流子在相邻平面间的传输阻力减小,有效地提高了电荷分离及转移效率。NCN-5在350-780nm的光照射下光催化解水产氢效率达到266.80μmol·h-1,约为体相g-C3N4(17.28μmol·h-1)的15倍。（3）采用水热法构筑了NCN-5/氧化石墨烯（GO）的复合气凝胶（CNGO）,并用g-C3N4量子点（CNQDs）对其进行修饰,得到了CNGO/CNQDs三维复合光催化材料。对其微观结构和性能进行表征和测试,结果表明,NCN-5与GO通过氢键和范德华力结合形成了异质结构。由于GO的良好导电性和“热电子”效应,NCN-5和GO产生的光生电子能快速转移并富集于NCN-5表面的活性位点。气凝胶的构筑有效地防止了二维异质结构团聚。CNQDs不仅能有效提高体系对650-850 nm波段光的利用,还有利于促进局部电荷转移,且其本身可作为催化活性位点。CNGO/CNQDs在350-780 nm和700 nm的光照射下的光催化解水产氢效率分别为330.70μmol·h-1和1.57μmol·h-1。（4）以NCN-5为基体材料,与具有类金属性质的碳化钨复合,构筑了NCN-5/碳化钨肖特基异质结（WCCN）,对其微观结构和性能进行研究。结果表明,异质界面处的空间电势差有利于WC通过肖特基结快速提取NCN-5产生的光生电子,促进光生电子-空穴的分离,WC d带电子高的态密度以及不同晶面间存在的电势差导致的内建电场使得光生电子仍具有析氢活性。WCCN在350-780和800-2500 nm波段光照下的产氢速率分别是NCN-5的2倍和5倍。（5）通过氧化WC纳米颗粒制备了富含氧空位的非化学计量比氧化钨(WO3-x),将其与NCN-5结合构筑异质结构（WON）,对样品的微观结构和性能进行表征分析。结果表明,氧空位导致WO3-x具有强的局域表面等离子体共振（LSPR）吸收。在异质结界面处NCN-5中的C原子与WO3-x中的O原子之间存在类似C-O键的作用。WON集合了S型电荷转移和类似等离子体金属/半导体体系的LSPR“热电子”注入过程两种电荷转移机制,不仅能促进光生载流子分离,而且具有UV-Vis-NIR驱动的H2转换活性。WON在350-780 nm和800-2500 nm波段光照下的光催化解水产氢速率分别达到542.9μmol·h-1和1.2μmol·h-1,在365和380 nm单色光下的AQY值分别达到25.64%和23.12%。