太阳能和氢能都是理想的清洁能源,太阳光分解水制氢技术作为中间桥梁是解决环境问题与能源短缺的最具发展前景的方法之一。光解水制氢中需要高效、稳定、廉价的光催化剂,本文采用经济、易制备的二维材料石墨相氮化碳（g-C3N4）为主体光催化剂,对其进行结构改性和形貌调控,对所得光催化剂分别进行一系列表征,然后考察其光催化分解水及海水的制氢性能,并借助理论计算与模拟方法,深入研究光催化半导体能带电子结构。通过KOH辅助法制备氮缺陷氮化碳g-C3Nx-K,当加入0.005 g KOH时,得到最优光催化剂g-C3Nx-0.005,其纯水制氢速率可达到759 μmol·h-1·g-1。对其进行二次煅烧后得到的g-C3Nx-NS样品的厚度约为4nm,纯水制氢速率为875μmol·h-1·g-1。改进负载铂方式后的样品Pt/g-C3Nx-NS的纯水和海水制氢速率分别为1143和1321.7 μmol·h-1·g-1,其在420 nm处的表观量子效率（AQE）分别为5.4%和6.2%。通过密度泛函理论（DFT）计算得到的g-C3N4与g-C3Nx的带隙值均为2.77 eV,且Pt/g-C3Nx的带隙值减小至2.63 eV,以上数据均与实验结果相近。通过采用不同浓度尿素溶液对三聚氰胺进行水热重结晶得到了多孔空心六棱柱管状结构的氮化碳（UMx）,当尿素与三聚氰胺的摩尔比为5:1时（UM5）,其纯水和海水制氢速率分别为214.05和541.67 μmol·h-1·g-1,是体相g-C3N4的3和2.5倍,在420 nm下的AQE分别为1.01%和2.55%。通过在UM5上掺杂非金属元素B和P可以有效地破坏层内氢键及弱化层间van der Waals力,从而在UM5外表面产生纳米片结构,最佳B/P掺杂量的催化剂为B2/P0.5-UM5,纯水和海水制氢速率为373.9和682.9 μmol·h-1·g-1,分别是体相g-C3N4的5和2.7倍,其在420 nm处的AQE分别为1.76%和3.22%。通过DFT计算得到的g-C3N4与B2/P0.5-UM5的带隙值分别为2.77 eV和3.28 eV,B2/P0.5-UM5的带隙值增大,与实验结果一致。对于B2/P0.5-UM5,其价带边缘主要由Cp和Np轨道组成,导带边缘主要由Np、Pp以及Bp轨道组成。