近年来，太阳能的开发和利用逐渐得到了人们越来越多的关注。其中光催化 技术在化学和环境领域有很好的应用前景，而光催化剂的选择、制备尤为重要。 目前单一光催化剂很少能同时满足理想光催化剂的各种要求，比如吸光能力强、 电荷空穴分离效率高、稳定性好、成本低等。通过构建异质结的形式可以很好地 弥补单一光催化剂的不足。近年来 C3N4 和共价有机框架（covalnt organic framework, COFs）聚合物以其毒性低、理化性质稳定、易于制备、成本低、元素 储量大以及光电性能优越等优势得到了越来越多研究者的关注。因此本文围绕 C3N4 和 COFs 异质结的设计制备及其在光催化领域的应用开展研究，论文共分为 以下四个部分：

      1）介绍了光催化的基本机理及反应过程、异质结的作用机理及不同异质结 在光催化领域的研究进展。

       2）利用硫脲可以同时充当硫源和 C3N4 前驱体的特点，以硫脲和四水合硝酸 镉为原料采用一步熔融盐法在低温熔融状态下合成了 CdS/C3N4 异质结。该反应 利用容易发生且放热的化学反应（CdS 的形成）释放的能量作为驱动力来推动耗 能反应（C3N4 的形成）的发生。该方法无需气体保护，简单、节能。所制备的 CdS/C3N4 异质结在可见光波长范围内（λ≥420nm）的光催化产氢效率分别是纯 C3N4 和 CdS 的 89 倍和 9 倍。此外该异质结具有出色的抗光腐蚀能力和良好的可 重复利用性。DFT（Density functional theory）计算表明，该异质结存在由 C3N4 指向 CdS 的内部电场，有利于光生电子和空穴的分离，并且因为能带弯曲的影 响，可以保留氧化还原能力更强的电子和空穴，具体表现为光催化产氢反应发生 在积累了光生电子的 C3N4 表面，可以保护 CdS 免受可见光的腐蚀。

        3）利用 TpMA COF（Tp：1,3,5-三甲酰间苯三酚；MA：三聚氰胺）和 g-C3N4 化学结构相似（均以三嗪结构为活性中心）、能带结构合适等特点，通过机械研 磨法成功构建了 TpMA/g-C3N4 直接 Z 型异质结。该异质结反应 4 h 后对苯酚的 降解效率可达 80-88%，产氢效率最高可达 191μmol/h，相比单一的 TpMA 和 g C3N4，产氢效率更高，光降解污染物能力更强。TpMA 和 g-C3N4 的强相互作用导致少量 TpMA 的引入即可大大增强异质结的可见光吸收能力、提高光生电荷 和空穴的分离效率，并增强异质结的重复利用性。自由基掩蔽实验及 DFT 计算 证明此异质结电荷转移类型符合 Z 型异质结。

       4）首先以 1,3,6,8-四（4-甲醛基苯基）芘和 2,4,6-三甲基-1,3,5-三嗪为单体， 通过溶剂热法合成了一种带有醛基（-CHO）功能官能团的 COF （TFPTT）；然 后通过原位溶剂热法在 TFPTT 表面接枝上 TpMA COF，从而得到 TFPTT-TpMA COF 异质结。相比单一的 TFPTT 和 TpMA，异质结表现出更加优良的光催化性 能。反应 40 min 后异质结对 MO 的降解可达 95%以上。经过 3 次连续重复试验 后，其在一定范围内仍能降解 90%以上的 MO。表征结果表明该异质结具有更高 的比表面积和更强的可见光响应，电荷和空穴分离效率较高，更有利于污染物吸 附和光降解，并且具有良好的重复利用性。自由基掩蔽实验表明，异质结表面的 空穴在污染物光降解过程中起到主要作用。