随着工业和经济的快速发展,环境污染问题日益突出,特别是水资源污染日趋成为人们关注的焦点,诸如难降解有机物、重金属、病原微生物等水体污染物已对食品安全和人类健康构成了严重威胁。因此,如何快速高效地去除水体中的污染物,以及检测食品中的危害物质已成为重要的研究目标。光催化技术以及半导体材料的荧光特性提供了一种绿色、高效的解决方案。其中,类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）凭借其可见光响应、非金属、稳定性好、成本低等特点,不仅在光催化领域颇受青睐,同时还能够作为荧光探针用于食品危害物的检测。本文以g-C₃N₄为主体材料,通过形貌调控、元素掺杂以及异质结构筑对其进行功能化改性,进一步提升其光催化活性和荧光性能,实现g-C₃N₄基非金属材料对食品危害物的高效检测和有效控制去除。具体研究内容如下。1.通过原位静电组装制备了苝二酰亚胺（PDI）/氧掺杂g-C₃N₄纳米片（O-CN）全有机异质结光催化剂,并利用多种手段系统地研究了PDI/O-CN的形态结构和光电性能。PDI/O-CN-40%降解苯酚的效率和2 h内产氧量分别是O-CN的3.63倍和1.84倍,并在3 h内灭活了96.6%的金黄色葡萄球菌。循环降解实验证实复合材料具有良好的可回收重复利用能力。最后,阐明了PDI/O-CN全有机异质结光催化活性增强的机理:自组装PDI扩大了O-CN的可见光响应范围;两者间的π-π相互作用可以引起电子离域效应,促进电子迁移;两者交错的能带结构还能够产生内置电场,加速电荷分离;PDI/O-CN体系中可以产生更多的强氧化性活性物种。PDI/O-CN异质结的构筑为超分子结构半导体/g-C₃N₄异质结体系的设计提供了一种新思路。2.通过原位静电组装制备了5,10,15,20-四（4-羧基苯基）卟啉（TCPP）/O-CN全有机异质结光催化剂,进一步揭示了超分子结构半导体/g-C₃N₄异质结体系光催化性能增强的机理。SA-TCPP使O-CN的可见光吸收范围进一步拓宽;它们之间的强π-π相互作用促进了光生电荷转移;而且SA-TCPP与O-CN交错的能带结构会在异质界面处产生内置电场,从而提高电荷分离效率;TCPP/O-CN复合材料体系中能够产生更多的活性物种。基于以上因素,复合材料的光催化性能较g-C₃N₄得到大幅提升。TCPP/O-CN-40%在可见光下对双酚A的降解速率常数约是O-CN的3.69倍,对2,4-二氯酚的降解效率分别为O-CN和SA-TCPP的1.75和1.23倍。3.通过无模板法制备了多孔氮化碳纳米片（PCNS）,研究了g-C₃N₄基功能化材料的荧光性能。相比于块状g-C₃N₄,PCNS的分散性、溶解性以及荧光量子产率均得到大幅度地提升。随后,开发了基于PCNS的荧光“on-off-on”传感方法用于检测Cr（VI）和SO₃^2-。基于内滤效应,Cr（VI）能够有效地淬灭PCNS溶液的荧光,线性检测范围为0.625μmol/L至300μmol/L,检测限（LOD）为0.112μmol/L。利用Cr（VI）和SO₃^2-之间的氧化还原反应能使PCNS的荧光恢复,实现对SO₃^2-的检测。SO₃^2-的线性检测范围为2μmol/L至100μmol/L,LOD为0.303μmol/L。该荧光检测法对Cr（VI）和SO₃^2-的检测均具有选择性,并且可以应用于检测环境中水样中的Cr（VI）和白砂糖中的SO₃^2-。