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半导体光催化剂能够利用太阳光高效降解有机污染物,在解决环境污染问题方面表现出巨大的应用前景。在各种不同的半导体光催化剂中,新型的非金属光催化剂石墨相氮化碳(g-C3N4)由于具有合适的禁带宽度,优异的物理化学性能、良好的生物相容性和光催化活性等特性,得到了世界广泛的关注。本文利用高能微波加热技术合成了不同形貌和性能的氮化碳,并采用多种分析测试技术表征了其结构和光学性质;通过降解罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)评价了材料的光催化活性,探索了光催化活性增强机理;另外,对微波合成的二维氮化碳(2D-g-C3N4)纳米片的场发射性能进行了初步的探索研究和评价,并对其场发射机制进行了相应的解析。主要研究内容包括:.(1)利用高能微波法,以低成本的三聚氰胺为前驱体,石墨为微波吸收剂,快速高效地制备了大比表面积的g-C3N4,并对其结构、形貌和光学性质等进行了系统的研究。与马弗炉合成的g-C3N4(28m2/g、2.70eV)相比,高能微波法合成的g-C3N4比表面积(84～142m2/g)和禁带宽度(2.72～2.83eV)有明显地增大。在可见光催化降解RhB和MO实验中,微波加热条件下合成的g-C3N4显示出更优异的光催化性能。如微波功率为4.0kW时合成的g-C3N4,对RhB和MO进行可见光催化反应,40min后的降解率分别达到了 100%和94.2%,准一级动力学速率常数分别为0.10333和0.06799min-1。而马弗炉合成的g-C3N4对RhB和MO进行可见光催化反应,120min后的降解率分别仅为85.9%和67.4%,准一级动力学速率常数分别仅为0.01657和0.00937min-1。微波条件下合成的g-C3N4具有更大的比表面积、更丰富的催化活性位点,有利于光催化活性的改善。(2)将单质Fe粉均匀混合到三聚氰胺中,以石墨为微波吸收剂,采用高能微波辐照合成,成功地将Fe元素掺入到g-C3N4中。当Fe元素的掺杂量为1.Owt.%时,产物显示出独特的透明中空结构。相比于未掺杂的g-C3N4(2.81eV),Fe掺杂量分别为0.5wt.%、1.Owt.%和2.0wt.%时,样品对应的禁带宽度为2.75、2.71和2.66eV,表明Fe掺杂能够提高样品对可见光的吸收范围。在可见光催化降解实验中,中空结构的1.0%Fe/g-C3N4展现出了优异的光催化性能,30min内对RhB和MO的降解率分别达到了 100%和94.1%。(3)采用高能微波法,同样以三聚氰胺为前驱体,利用对微波具有更好响应的碳纤维取代石墨为微波吸收剂,合成了 2D-g-C3N4纳米片,并发现其厚度随微波功率的增大而减小。此外,随着微波功率从4.0kW提高到5.0kW,2D-g-C3N4纳米片的比表面积从105m2/g增大到239m2/g,禁带宽度从2.78eV增大到2.88eV。在可见光催化降解实验中,微波功率为5.0kW时合成的2D-g-C3N4纳米片具有更为优异的催化活性,经35min的光照后,对RhB和MO的降解率分别为100.0%和93.3%。对2D-g-C3N4纳米片的光催化反应进行动力学分析发现,其准一级动力学速率常数分别为0.09182和0.07476min-1。光催化活性地提高主要归功于大比表面积的2D-g-C3N4纳米片具有更强的吸附性能、更多的活性位点和更短的载流子迁移距离。经4次循环使用后,2D-g-C3N4纳米片仍可降解96.7%的RhB,说明其光催化活性非常稳定。(4)场发射性能测试结果表明,比表面积为239m2/g,堆叠层数约为5个原子层,禁带宽度为2.88eV和大长径比(片层大小约为8μm,厚度约为1.6nm)的2D-g-C3N4纳米片具有极低的开启电场,约为0.5V/μm,测试范围内最高电流密度为4.5mA/cm2,场增强因子约为2.1×104,显示出优异的场发射性能。