人类对煤炭和石油等传统化石燃料的依赖导致了严重的环境污染、巨大的温室气体排放、极端的气候变化和不稳定的生活成本。这推动了可再生替代能源计划的广泛发展,以实现更环保的生活方式。因此,需要认真推动能源来源的多样化,在解决环境污染的基础上迫切需要研发出新型环境友好的可再生能源已经成为现阶段的一个重要研究方向。而在众多环境清洁能源生产技术中,太阳能利用技术因其成本低、制造工艺简单而备受关注。换言之,模拟植物光合作用系统的人工光合作用系统被认为是最有前途的太阳能转换系统,可以通过光催化处理水污染。此外,由于它们的间歇性和不可预测性,将太阳能或风能产生的电力有效地转化为有价值的化学品或燃料以满足日常能源需求也至关重要。尤其是电催化分解水,通过析氧反应（OER）和析氢反应（HER）将水分子分解为氧气和氢气,从而实现高效的能量转换和存储,被认为是一种非常有前途的技术。本论文面对目前能源与环境危机,聚焦于多金属氧酸盐,通过金属掺杂调节电子结构、引入异质结等策略,制备了高性能的光、电催化剂。并将其应用于太阳能光催化降解抗生素和电催化裂解水制氢反应中,主要的研究内容如下:（1）本工作采用水热-煅烧和微波辅助相结合的方法首次制备了人工类叶绿体HPWx@Fe2O3-CNTs光催化剂。该催化剂对生物毒性四环素具有良好的降解性能,在温和的条件下,100 min内四环素的降解率可达100%,其表观降解速率常数是纯Fe2O3的5.5倍。这归因于独特的纳米级仿生结构具有高活性中心、高比表面积和高的电导率,促进异质结中电子和空穴的快速分离和转移。密度泛函理论计算表明,异质结的形成降低带隙值,且磷钨酸的Keggin单元对Fe2O3的协同光催化作用,使光生电子捕获在Keggin单元的W5d空位态,从而延缓了电子-空穴对的复合。此外,低成本的HPWx@Fe2O3-CNTs光催化剂具有很强的磁性,易于分离,并保持相对稳定和重复性的降解效率。“宝象河”（云南,昆明）水样经光催化处理后,总有机碳含量降至10.58%,显示出较强的有机碳矿化能力。并通过对HPW2@Fe2O3-CNTs体系中降解四环素（TC）中间产物的LC-MS分析,推测了TC可能的降解途径。此外,选择大肠杆菌作为细菌指示剂,定量监测了该光催化技术对废水处理过程中水体综合毒性变化。实验和理论研究都表明,独特的纳米级仿生结构具有高活性中心,提高了可见光响应,异质结中电子和空穴的分离和转移是其优异催化效果的原因。（2）利用太阳能和电化学分解水生产氢气是一种很有前途的储存太阳能和实现碳中和经济的方法。本部分工作在有限空间内通过杂原子协同耦合和异质结界面工程策略,实现多种杂元素与非贵金属的一步配位,首次获得了蜂窝状多孔Co2P/Mo2C@NC催化剂。与大多数传统的化学合成方法不同,这种方法保持了纳米颗粒之间良好的电性互连,并获得了较大的比表面积和许多催化活性中心。值得注意的是,该电极具有优异的双功能催化活性,在碱性介质中仅需86 m V和209m V的过电位即可分别为析氢反应和析氧反应提供10 m A cm-2的电流密度。同时,还对电化学活性表面积和界面电子传递过程进行了机理研究,以期更好地了解催化剂的催化行为。理论计算表明,异质结构的构建可以有效地降低HER和OER反应势垒,提高电导率,从而有利于提高电化学性能。更有趣的是,使用As Ga太阳能电池组装的整体裂解水电解槽使系统实现18.1%的稳定太阳能氢转换效率,这为太阳能电池驱动的便携式大规模制氢的发展提供了新思路。