能源紧缺和气候变化是21世纪人类共同面对的最大挑战和威胁，是经济和社会发展的主要约束因素，近年来，由于化石燃料将要枯竭以及因其使用造成环境污染问题使得氢能受到了人们的关注。光催化分解水产氢凭借其清洁、低成本以及环境友好的特点，已经成为一种具有很好发展前景的太阳能产氢新途径。然而，目前该领域还有许多问题丞待解决，例如:光利用效率低、催化剂难以回收、光生电子与光生空穴的分离效率低等。本论文提出了具有纳米级反应通道的光催化反应器这一设计理念，该反应器是由AAO薄膜和薄膜纳米级孔道内的光催化剂组成。该纳通道高效光催化反应器同时具备以下五方面优点:第一，AAO的纳米级通道内可以填满催化剂，提高催化剂与水的有效接触;第二，AAO与其内部的催化剂可以形成光子晶体，增加反应器的光利用效率;第三，反应物与催化剂的吸附和脱附的速率较快;第四，光催化剂无需回收;第五，纳米反应通道使通道内原位合成的光催化剂具有利于光催化反应的形貌与结构。这一设计解决了传统的悬浮液型和固定床型光催化反应体系中催化剂易凝聚失去活性、不可回收、易使光的穿透力受阻以及仅有部分TiO2面积能有效地与水接触等问题，成功的提高了光催化反应的效率。本论文的主要工作如下:　　 1)基于AAO薄膜的纳通道反应器的可控制备。通过对阳极氧化电压、氧化时间的控制，实现了对AAO薄膜孔结构、光学性能以及力学性能的调控。60V的阳极氧化电压和10min的氧化时间将使AAO薄膜具有更好的综合性能，在此基础之上，本论文发现了一种快速、无损检测AAO阻挡层厚度的光谱学方法，为纳通道反应器的可控制备奠定了基础。为了适应未来纳通道反应器的大规模应用，本论文发展了恒压法制备大面积AAO薄膜的方法和技术。　　 2) TiO2@AAO纳通道光催化分解水制氢反应器的制备和性能研究。通过控制表面活性剂的加入量、退火温度以及退火气氛，实现了对纳通道光催化反应器的性能优化以及反应器内催化剂的结构调控。与粉末状TiO2相比，纳通道内的TiO2具有介孔结构，且孔结构具有较高的热稳定性以及更利于光催化分解水制氢的晶型结构，与传统的悬浮式液相反应器相比，纳通道高效光催化分解水制氢反应器可以在更低的退火温度下获得更高的产氢效率，其产氢效率是传统悬浮式液相反应器的24倍。该纳通道反应器的建立解决了传统反应器中催化剂易凝聚失去活性、不可回收、易使光的穿透力受阻以及仅有部分TiO2面积能有效地与水接触等问题，开创了一种新型的光催化体系。　　 3)CeO2-x-TiO2@AAO纳通道光催化还原CO2制CH4反应器的制备和性能研究。通过控制前躯体中Ce∶ Ti的摩尔比，实现了对纳通道光催化反应器的性能调控以及反应器内催化剂的结构调控。该纳通道光催化反应器的制CH4效率是传统悬浮式液相反应器的35倍。这一研究结果进一步拓宽了纳通道光催化反应器的应用范围，为纳通光催化反应器的更广泛应用奠定了基础。