石墨型氮化碳(g-C3N4)是一种新型的聚合物半导体光催化剂,其具有类似于石墨的片层结构、合适的能带结构、稳定的化学性质等优点,在光催化降解污染物、分解水产氢和还原CO2等环境、能源领域的应用中均表现出了较好的应用前景。然而,较高的光生载流子复合影响了其光催化性能的进一步改善。为此,本论文探索了无机酸表面修饰和在异质结复合体构建中引入功能桥的改性策略,致力于通过改善g-C3N4光生电荷分离状况而提高其光催化活性,同时重点揭示以上改性策略对g-C3N4光生电荷性质及光催化活性的影响机制。在光催化降解有机污染物过程中,O2是最为重要且普遍的氧化剂,其能够捕获半导体中的光生电子,继而被活化引发反应。因此,提高光催化剂表面O2吸附有望进一步提高其光催化活性。本论文采用简单的浸渍法,实现了磷酸对g-C3N4的表面修饰。适量磷酸修饰可显著提高g-C3N4样品光催化降解污染物活性。通过O2-程序升温脱附(O2-TPD)、气氛可控(AC-SPS)及时间分辨表面光电压谱(TPV)等测试表明,其光催化活性的改善主要归因于适量的磷酸修饰能够提高g-C3N4表面吸附O2的量,进而促进了O2对g-C3N4光生电子的捕获,抑制了光生载流子的复合,延长了光生载流子的寿命。此外,利用硫酸、氢氟酸修饰亦可增加g-C3N4表面O2的吸附量,提高g-C3N4光催化活性。进一步证明利用无机酸修饰促进g-C3N4表面O2吸附,进而改善其光催化活性是可行的。基于能级匹配的原则构筑复合体也是提高半导体光催化剂光生电荷分离效率的有效手段。在构建复合体过程中,组分间的界面接触在很大程度影响着复合体中的电荷转移和分离,进而影响其光催化性能。本文通过简单的湿化学法构建了ZnO/g-C3N4复合体,进一步成功地引入了“-Si-O-”功能桥而构筑了硅氧桥连的ZnO/g-C3N4复合体。基于AC-SPS、TPV、交流阻抗(EIS)等测试结果,证实了复合体中的ZnO可以接受来自g-C3N4导带的光生电子。尤其是“-Si-O-”功能桥的引入加强了ZnO与g-C3N4的界面连接,进一步促进了光生电子的转移,进而显著改善和延长了复合体光生载流子的分离及寿命。因此,适量ZnO的复合有效地改善了g-C3N4光催化降解苯酚和光催化水产H2的性能,而桥连的引入进一步提高了其光催化活性。为了进一步拓展和丰富桥连体系及桥连思想,本文又开展了磷氧桥连TiO2/g-C3N4复合体的研究工作。通过湿化学法构筑了TiO2/g-C3N4复合体,又进一步成功地构筑了磷氧桥连的Ti O2/g-C3N4复合体。结果表明,TiO2的引入可有效改善g-C3N4光生载流子的分离。“-P-O-”功能桥的引入加强了TiO2与g-C3N4间的有效连接,促进了g-C3N4的光生电子向Ti O2的转移,进而显著改善和延长了复合体光生载流子的分离及寿命。因此,显著地提高了g-C3N4光催化降解苯酚和光催化还原CO2的性能。进一步确认了桥连复合体的构筑是促进g-C3N4光生电荷分离,进而提高g-C3N4活性的有效策略。通过以上改性策略,较好地解决了g-C3N4光生载流子易复合的问题,进而提高了g-C3N4光催化降解污染物、光催化分解水产H2和光催化还原CO2的性能。这些研究也为设计合成高活性g-C3N4基光催化剂提供了理论和实践上的依据。