通过光催化分解水制取氢气是解决全球能源危机和环境污染等问题的理想方法之一,关键是设计合成高效稳定、低成本的光催化剂。当前,已经研究和开发了许多半导体材料用于光解水产氢。其中,硫化镉（CdS）因其较窄的带隙（2.4 eV）、合适的能带、较强的光吸收能力以及可调控的形貌等优点,在光催化产氢方面引起广泛关注。然而,由于CdS存在光生载流子复合较快和严重的光腐蚀等问题,严重影响了光催化产氢性能及稳定性。因此,在本论文中,一方面以SiO2纳米球为载体构筑球形结构,将CdS量子点（QDs）与g-C3N4结合形成异质结复合材料以提高光催化剂产氢性能;另一方面将适量的Co掺杂进CdS纳米棒,结合形貌调控,制备产氢性能优异的光催化剂,并结合理论计算深入研究光催化机理。主要研究内容如下:（1）设计并合成了一种新型的SiO2@C3N4-CdS QDs复合光催化剂,在可见光照射下,产氢速率为225.1 μmol/g/h,分别约是g-C3N4的80倍,CdS的2.1倍。在该体系中,以SiO2纳米球为载体,将g-C3N4薄膜均匀致密地包裹在表面,从而缩短电子到材料表面的距离,缩短光生载流子的迁移时间,降低复合几率。此外,g-C3N4与CdS量子点形成的异质结使复合材料有更窄的带隙,并且可以回收SiO2纳米球附近的近场反射光,显著提高可见光吸收能力,产生更多的光生载流子。一系列实验和测试结果表明,SiO2、g-C3N4与CdS量子点三者的协同作用是显著提高纳米复合光催化剂产氢性能的关键因素。（2）通过一步溶剂热法设计合成了适量Co掺杂的CdS多面棱形状纳米棒光催化剂。Cd0.9Co0.1S纳米棒具有较大的长径比和良好的多晶平面结构,可以显著缩短光生载流子的径向转移路径,实现其快速分离。适量的Co掺杂能够减小光催化剂带隙,增强光吸收能力。此外,光热效应的产生以及内嵌电场的构建,进一步增强催化剂表面的反应动力,加速了光生载流子的分离和迁移,因此有效抑制了它们的复合。结果表明,Cd0.9Co0.1S纳米棒的产氢速率为8.01 mmol/g/h,约为纯CdS的7.2倍。本工作通过元素掺杂形成了内嵌电场,并同时产生了光热协同效应,显著提高了光催化剂的产氢性能和稳定性。