随着能源危机和环境问题的持续加剧，迫切需要开发可再生清洁能源替代化石燃料。高能量密度的氢被认为是化石燃料最有前途的替代品。近年来，利用太阳能驱动半导体光催化分解水制氢被认为是解决全球环境和能源问题的理想方法。基于此，本文以制备高效的三维纳米花光催化剂为研究主线，通过构筑p-n异质结以调控光生载流子的迁移、制备量子点以丰富活性位点，最终实现三维纳米花光催化剂的高效析氢。主要工作内容如下：
　　1、三维(3D)纳米花可以抑制层间堆积、暴露更多的活性位点、缩短电子传输路径。本研究以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为形貌修饰剂通过水热法制备了三维纳米花MoSx。将ZIF-9(Co)衍生的CoP纳米颗粒附着在MoSx上，形成MoSx/CoP光催化剂。MoSx这种独特的层状结构不仅有效地抑制了纳米片的相互叠加而且对CoP纳米粒子起到了很好的分散作用。此外，暴露于边缘的不饱和Mo和S原子也促进了硫的边缘活性起到活性位点的作用。于此同时，CoP中的P作为碱基可以捕获带正电荷的质子。在催化反应中，Co和P在CoP[P(δ-)-Co(δ+)]中充当双质子吸附位点，可以加速水的裂解。此外，PL、EIS和莫特-肖特基表明，MoSx和CoP在反应中起协同作用为加速电子转移开辟了通道避免电子聚集。因此，MoSx/CoP表现出较低的过电位，较大的表观电流密度和较高的电导率。在可见光下，MoSx/CoP-20的产氢速率高达到8730μmol g-1h-1。本研究工作为今后的能源创新提供了参考。
　　2、通过丰富催化剂的活性位点和调节光生载流子的定向迁移是提高光催化剂催化活性的有效手段。本研究采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为形貌修饰剂制备了具有三维纳米花结构的MoSx。与二维(2D)MoSx纳米片相比，三维纳花结构减弱了纳米片之间的范德华力，抑制了层间堆积，从而暴露出高密度活性位点。CoWO4纳米颗粒通过水热法成功地被锚定在MoSx上，形成了MoSx/CoWO4p-n异质结。在p-n异质结内建电场作用下光生载流子加速分离。MoSx良好的光敏性提高了MoSx/CoWO4p-n异质结对可见光的利用率。最终，MoSx/CoWO4-40具有高效的电荷分离、丰富的活性位点和良好的可见光响应性能，其产氢速率达到9414.4μmol g-1h-1。
　　3、经实践证明，光催化材料表面工程的构筑和界面设计是构建更高级的光催化剂以增强光催化性能的重要的方法。在这里，n型NiP2量子点(QDs)作为一种有效制氢活性成分原位衍生于三维纳米花NiAl-LDH。NiAl-LDH(作为母体材料)中高度有序的镍节点有效地保证了通过气固反应而衍生的NiP2QDs的高分散性。NiP2QDs的出现不仅丰富了活性位点而且还带有大量带负电的P，带负电的P可作为碱基捕获质子从而加速氢气的释放。为了定向调节载流子迁移，通过耦合n型NiP2量子点(QDs)和p型Cu3P纳米粒子(NPs)成功构建了p-n异质结。由大量纳米片以交替方式形成的立体纳米结构载体上形成了分散良好的点对点p-n异质结杂化体，由于具有丰富的活性位点、较大的比表面积、对质子的吸附增强等特点，复合催化剂表现出更优异的光催化析氢性能。更重要的是，p-n结界面处的内置电场极大地促进了电荷迁移并抑制了电子-空穴的重组。最终，Cu3P/NiP2呈现出良好的析氢活性(6783.8μmol g-1h-1)，分别是纯NiAl-P、Cu3P和NiAl-LDH的6.6、8.7和30倍。