石墨相氮化碳(g-C3N4)作为无金属、可见光响应的光催化剂,在太阳能转化和环境保护领域中有较广阔的应用前景。同时,g-C3N4具有电子结构可调、高热稳定性和化学稳定性、容易合成、以及原料地球储量丰富的特点。然而,纯g-C3N4具有比表面积较小、对可见光的响应有限、光生电子-空穴极易复合等缺点,从而导致其光催化量子效率低,实际催化反应的效果不理想。针对以上问题,研究者们采用微观形貌调控、掺杂外来原子、将其与其它半导体复合,以提高g-C3N4的光催化活性。g-C3N4由三-s-三嗪结构单元构成,结构中存在大量由吡啶N原子形成的六元空腔,有利于实现外来原子在g-C3N4中的结合或插层,从而调整其结构及其催化活性。本论文采用Pd修饰的方法,提高了 g-C3N4光催化产氢的活性,拓展了 g-C3N4在铃木偶联反应的应用。具体内容包括:1.采用高温聚合的方法成功制备了 Pd掺杂的氮化碳(g-C3N4-Pd),并研究了其光解水产氢性能。掺杂的Pd以正二价离子形式均匀分布在g-C3N4上。Pd掺杂导致g-C3N4的面内重复周期增大,而层间距没有发生改变,表明Pd存在于g-C3N4中的六元空腔中。Pd掺杂将g-C3N4的吸收向长波长扩展。最优Pd掺杂量的催化剂是g-C3N4-Pd20,其光催化产氢速率提高了 15.3倍,并且在产氢过程中非常稳定。密度泛函理论(DFT)计算表明,电子在光激发下从g-C3N4直接转移到Pd原子,这种电子激发方式有利于电子-空穴对的快速分离;在Pd原子上与g-C3N4上的氢吸附吉布斯自由能相比,大幅度降低,表明钯掺杂提高了 g-C3N4的产氢动力学。2.以尿素聚合形成的g-C3N4(UCN)为载体,负载极少量Pd纳米颗粒,得到了一种可用于铃木偶联反应的非均相光催化剂(UCN-Pd)。Pd纳米颗粒较均匀的分散在UCN的表面,UCN-Pd催化剂中的金属Pd的负载量小于2 wt.%。使用碘苯和苯硼酸的铃木偶联反应作为模型反应,测试UCN-Pd光催化剂的性能。改变光照强度和波长的实验结果表明UCN-Pd材料的催化活性依赖于材料的光吸收能力,从而证明光照是该催化反应的驱动力。此外,UCN-Pd催化剂具有良好的循环稳定性。UCN-Pd催化剂的底物适用性优良,可以催化多种芳香碘和芳基硼酸的反应;催化活性优于相同Pd含量的Pd(PPh3)4均相催化剂和Pd纳米立方体。UCN-Pd催化剂可以重复使用三次而没有出现明显的活性下降,循环稳定性好。