能源危机和环境问题是决定人类可持续发展的重要挑战,利用光催化技术开发清洁能源是解决这些问题的重要方案。利用太阳能将地球丰富的H2O和N2转化为O2,H2和NH3,可以将太阳能转化为人类所需要的清洁能源和生产生活必需品。在光催化技术中,半导体光催化剂由于其特殊的性质一直被广泛研究,可以在光催化技术中发挥至关重要的作用。但是可见光利用率低、光生电子和空穴的快速重组以及不利的反向反应等因素影响半导体材料在光催化中的应用。本论文对常见的Bi2O3和CdS半导体材料进行了研究,利用缺陷工程、形态工程及助催化策略提高了光生载流子的传输速率、抑制了电子/空穴对的再结合、改善了光吸收能力,进而提高了光催化性能。本文主要研究内容与结果如下:(1)利用一步水热法合成的Bi2O3纳米片为研究对象,通过物理超声剥离的方法,制备了富含氧空位的BiO2-x超薄纳米片(BiO2-xUTNSs)。研究了甲基紫精为牺牲剂的光催化水分解性能,实现了无助催化剂条件下的光催化水分解产氧。并通过改变光照波长发现了其对可见光的良好吸收;改变牺牲剂与催化剂的比例,发现其比例为1:10的时候,材料表现出的最佳性能。BiO2-x超薄纳米片中氧空位和超薄形态是将缺陷工程和形态工程相结合的结果,增强了光捕获能力、减小了带隙宽度、提升了价带位置、增加了反应活性位点数量。成功的实现了 Bi2O3的无贵金属助催化剂的光催化分解水产氧性能提升。(2)利用HF酸刻蚀得到的Ti3C2MXene为基底,通过一步水热合成的方法在其表面上原位生长CdS纳米线,制备了一种独特的一维/二维CdS@Ti3C2复合材料。其中,一维CdS纳米线包裹在二维多层层状的Ti3C2 MXene表面。在模拟的太阳光照射下,最佳复合比例的 CdS@Ti3C2-15 表现出 3176.38 μmol h-1 g-1 的产氢活性和 14.653 mmol L-1 h-1 g-1 的固氮活性,并且CdS@Ti3C2-15复合材料的光催化活性远优于纯CdS和CdS@Pt(0.1 wt%)。一维/二维CdS@Ti3C2复合材料中Ti3C2作为助催化剂,成功的将形态工程和助催化剂策略结合起来,实现了高效的光生电子传输速率,有效抑制了光生电子和空穴的再结合,并显著提升了光吸收能力。成功实现了无贵金属助催化剂的CdS的光催化分解水产氢和氮还原性能提升。(3)利用简单的一步水热法制备了二维富含硫空位的1 T-MoS2(SV-1T-MoS2)纳米片,并通过控制Mo前驱体和S前驱体的比例调节了硫空位以及1T相的含量。然后,通过一步水热法合成制备了 CdS纳米棒。利用物理超声的方法将助催化剂富含硫空位的1T-MoS2纳米片与CdS结合形成二维/一维富含硫空位的1T-MoS2-CdS(SV-1T-MoS2-CdS)复合材料,SV-1T-MoS2纳米片分布在CdS纳米棒周围,成功的将缺陷工程、形态工程与助催化剂策略结合。最佳比例的30 wt%SV-1T-MoS2-CdS光催化剂显示出优异的光催化固氮性能(8220.83 μmol L-1 h-1 g-1),其中,SV-1T-MoS2 的助催化效果是贵金属 Pt 的 2.36 倍。SV-1T-MoS2-CdS复合材料中SV-1T-MoS2富含的硫空位以及更多的1T相提供了更多的活性边缘位点、增强了导电性、提升了光吸收能力以及改善了光生载流子分离和转移能力,从而显著改善了光催化性能。成功的实现了无贵金属助催化剂的CdS的光催化氮还原性能提升。