半导体纳米材料作为光电化学传感领域以及光催化领域的基石,从根本上决定着光电化学性能和光催化性能的高低。传统的金属基半导体纳米材料面临着稳定性、生物相容性以及环境污染等问题,阻碍了其在生物传感器、环境治理等方面的实际应用。由碳、氮、氧、磷、硫等非金属元素组成的非金属基半导体纳米材料在光吸收能力、生物兼容性以及稳定性方面表现优异,因此使用稳定、高效且性价比高的非金属基的半导体纳米材料能够在很大程度上有效克服金属基半导体纳米材料的不足。在仅由C和N组成的有机聚合物中,类石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种n型半导体材料具有一定的可见光吸收能力,但由于较低的可见光利用率、电荷的不良复合以及载流子转移效率较低等问题,性能仍需进一步提升。通过形态调控、结构工程以及形成异质结构等方式可以对g-C3N4的电子结构以及光学性质进行改善,从而达到提升性能的目的。在本文中,基于制备简单、稳定性高、生物相容性好且环境友好的n型半导体材料g-C3N4分别构建了旨在特异性检测H2O2的光电阴极生物传感器以及可见光驱动催化合成H2O2的非金属基催化剂。通过形成p-n异质结结构和元素掺杂调控了g-C3N4的光学物理特性以及电子结构性质,显著改善了g-C3N4的性能,实现了可见光驱动下H2O2的选择性光电阴极检测以及催化合成。本论文主要包含以下三个部分:第一章绪论本章主要对g-C3N4进行了简单介绍,总结了提升g-C3N4性能的常用策略,阐明了现阶段g-C3N4在光电化学传感和光催化领域的发展现状和研究进展。第二章具有p-n异质结结构的复合纳米材料g-C3N4/P3HT对H2O2的光电阴极传感分析H2O2作为最稳定的活性氧物种之一涉及生物体中许多重要的生命活动。体内H2O2水平的异常侧面反映了许多疾病的发生,因此对H2O2水平的实时监测在早期诊断方面至关重要。光电化学生物分析继承了光学法和电化学法的优点,在“光激发,电检测”模式下降低了背景信号的影响,显著提高了检测的灵敏度。在本章中构建了n型半导体g-C3N4与共轭有机p型半导体聚（3-己基噻吩）（P3HT）的复合纳米结构,设计了一种可见光响应的光电阴极H2O2生物传感器。由于能带位置和电子结构特征的契合,g-C3N4可以与P3HT通过π-π共轭堆积形成p-n结并提高可见光的利用效率,促进电荷之间的分离以及后续载流子的迁移,显著提高g-C3N4的光电化学性能。第三章磷掺杂缺陷调控g-C3N4实现可见光催化合成H2O2H2O2在化工、环境修复、可持续能源转换/储存以及医疗等领域有着广泛且重要的应用。目前市场上生产H2O2一直依靠的蒽醌法存在环境污染、安全隐患等问题。太阳能驱动的光催化合成方法是直接高效合成H2O2的有效途径之一。有研究表明,g-C3N4具有合适的光学性质和电子结构,可以在吸收光辐射的能量后促进双电子还原O2生成H2O2。此外由于能够生成中间体1,4-内过氧化物,g-C3N4对于氧还原合成H2O2具有很高的选择性。但是由于可见光利用率有限,电荷分离效率低以及催化剂中毒等问题,整体的光转化效率较低。本文利用简单易行的化学气相沉积法合成了磷元素掺杂的g-C3N4,改善了g-C3N4的光吸收能力并且提高了光生电子的还原性能。此外磷掺杂过程在半导体体相内引入的缺陷能够更有效地捕获光激发而产生的电子,降低了电荷之间的复合概率并且改善了催化剂的反应活性,最终使得光催化合成H2O2的效率比原始的g-C3N4高出近十倍,实现了H2O2高效稳定无污染的合成策略。