自二十世纪以来,化石燃料的大量使用,引发了能源危机和环境污染。因此,如何生产清洁可再生能源是迫切需要解决的问题。通过半导体光催化剂把太阳能转化为氢能等化学能成为解决全球能源问题的最有效办法之一。最近,石墨相氮化碳（g-C₃N₄）由于其较强的可见光吸收能力、合适的导带价带位置、良好的化学稳定性、易于制备、低成本和无毒性的特点,而被视为非常有潜力的光催化剂。然而,g-C₃N₄存在太阳能利用率低和量子效率低等缺点,限制了其大规模应用。其中电子和空穴的快速复合是其量子效率低的主要原因。通过负载助催化剂可以有效地促进光生电子和空穴的分离,因此可以显著提高光催化性能。但是现有的高效助催化剂一般为贵金属,且负载量比较大,因此通过降低其负载量而降低制备成本也是光催化的进一步发展方向。最近,相关课题组报道了单原子催化,其可以降低贵金属用量,实现最大的原子利用效率,可为光催化研究所借鉴。另一方面,g-C₃N₄也存在结晶性较差、聚合度不均一、在水中的分散性较差、亲水性不好等缺点。因此需要通过一定的方式如熔盐法提高g-C₃N₄的结晶性和在水中的分散性。进一步地,对g-C₃N₄进行表面修饰,构建一个g-C₃N₄和贵金属助催化剂的高效界面,通过金属和载体的强相互作用,使得光催化剂和助催化剂界面成为一个电子的快速转移通道而非复合中心。本文主要内容如下:1.以尿素为原料,首先通过一次煅烧得到块体g-C₃N₄,再通过二次煅烧的方法合成g-C₃N₄纳米片。然后加入PdCl₂水溶液,通过采用简单的热驱动扩散方法,调控Pd单原子负载,使其同时存在于g-C₃N₄层间和表面。这种单原子Pd/g-C₃N₄光催化剂的优点是能够构建垂直通道,利用层间Pd原子将电子从体相转移至向表面,并建立表面光催化反应的靶向活性位点。这种独特的结构有效地促进了电子的传输和分离,增强了光催化剂对反应物水分子的吸附,从而显著提高了g-C₃N₄光催化剂的光催化活性。2.以三聚氰胺为原料,加入KOH,通过油浴搅拌蒸干,再将其和NaCl混合均匀,放入管式炉中于氮气气氛中煅烧。通过控制KOH的含量来调控不同程度的表面缺陷修饰的晶态g-C₃N₄。这种表面修饰的g-C₃N₄具有大量终端基团。这些终端基团不仅可以提高g-C₃N₄的亲水性,促进其对水分子的吸附,而且可以用于调控助催化剂和光催化剂之间的强相互作用,进一步调控其界面电子快速传输能力。