随着工业的快速发展,环境污染和能源短缺已经成为21世纪人类面临的首要难题,开发可持续发展的清洁能源是解决当前难题的理想途径之一。太阳能是维持地球生命体活动的最终能源,同时也是化石燃料的主要能量来源,具有储量丰富、覆盖广泛、绿色环保、安全可靠等特点,将其转化为清洁能源能够有效减轻对化石燃料的依赖,实现能源可持续发展的美好未来。光催化和光电催化分解水技术被认为是实现太阳能高效转化的有效方法之一。自1972年首次发现二氧化钛光电分解水现象以来,基于半导体材料的光催化研究引起了人们的广泛关注。在光催化分解水产氢的众多材料中,类石墨相g-C₃N₄因其禁带宽度适中、成本低、化学稳定性好等优势吸引越来越多的关注。人们对其进行了大量的研究,但由于它的光生电子-空穴对复合速率较快,仍然不能满足工业化的要求。因此实现g-C₃N₄中电荷的快速分离和转移,抑制它们的复合是提升光催化性能的关键。负载助催化剂或构筑异质结构能够实现光生电荷的定向迁移,被认为是提高光催化效率最有效的方法之一。单斜相BiVO₄具有带隙小,稳定性好等特点被认为是用于光电化学氧化水最理想的光阳极材料之一。理论上,它的太阳能-氢能转换效率可达9.2%,光电流强度可达7.5 mA cm^-2。但实际效率远低于此,这是由于电子空穴传输能力差,水氧化动力学缓慢,导带位置比氢还原电位较正等因素导致的。因此,如何加快电荷迁移,抑制光生载流子的复合是光电化学分解水面临的主要难题。利用助催化剂对半导体进行修饰能够显著降低水氧化过程中决速步骤的活化能,加快电荷的传输,从而提高水氧化动力学并促进电荷的分离,因此取得优异的光电化学分解水产氧性能。针对以上问题,本论文的研究内容如下:非晶相Ni₂P₂O₇修饰g-C₃N₄复合材料的制备及光催化产氢性能研究:通过将NiNH₄PO₄·H₂O与g-C₃N₄混合煅烧成功制备了a-Ni₂P₂O₇/g-C₃N₄催化剂。较低的煅烧温度使得到的非晶态Ni₂P₂O₇颗粒均匀细小地分布在g-C₃N₄上,提高了复合材料的光捕获效率。而且,他们之间形成的能级交错的II型结构,促进光生载流子的分离和转移,有效抑制了复合,提高了光催化分解水产氢的能力。另外,与晶态c-Ni₂P₂O₇修饰的g-C₃N₄相比,非晶态催化剂粒子尺寸更小,导带位置更负,使其展现更为优异的分解水性能。半金属Bi修饰BiVO₄光阳极材料的制备及光电化学分解水产氧性能研究:通过简单易行的还原方法,使用TA和NaBH₄分别作为分散剂和还原剂成功地将Bi纳米颗粒沉积在BiVO₄电极表面形成利于载流子分离的异质结构。光电化学测试分析表明,负载助催化剂后,促进了电子-空穴对的分离,提高了光生电荷的体相分离效率和表面空穴注入效率,从而使Bi/BiVO₄具有出色的光电化学氧化水活性。另外,Bi纳米颗粒有效抑制了逆反应的发生,对氧化水反应也起到了积极的正面作用。