为了突破对传统不可再生燃料的依赖、满足绿色治理环境污染的要求,人们将目光投向了更有发展前景的光催化技术。与其他技术相比,光催化反应具有清洁、高效、无二次污染等优点。由于催化剂是影响光催化活性的关键,因此寻找价廉、高效、稳定的光催化剂成为了研究的首要任务。目前研究较多的是结晶型催化剂,但是结晶型催化剂自身存在一些缺点:1、表面活性位点少;2、由结晶型催化剂组成的异质结,其界面处常常会出现晶格失配,不利于光生电荷在界面处的转移,制约了其商业化应用进程。相比结晶型材料,非晶材料富有大量活性位点,能带结构丰富,在光照条件下非晶纳米材料的带尾态和价带上的电子都能被激发,并且非晶材料的各向同性特征也为光生电荷的快速传输提供了可能。非晶材料的这些特点都有利于促进光催化反应的进行,因此本论文将非晶材料作为重点研究对象。以钽氧化物材料为例,首先研究了结晶性与光催化活性的关系,结果证明非晶钽氧化物（a-TaO_x）确实呈现出优于结晶型钽氧化物（c-Ta₂O₅）的光催化产氢活性。在此基础上又进一步设计了非晶/非晶同质结和非晶/结晶异质结等结构来探究非晶材料与不同晶型材料复合对光催化性能的影响。研究内容主要包括以下四个方面:一、探索材料结晶性对光催化产氢性能的影响。通过简便的直接蒸发法制备出了立方块状的a-TaO_x纳米颗粒,研究发现a-TaO_x的光催化产氢速率能达到c-Ta₂O₅的17倍,表现出更优异的性能,并且材料稳定性极好,经过6次循环测试,光催化活性仍保持在原来的强度。另外,a-TaO_x的光响应范围比c-Ta₂O₅的要宽,这可能是因为a-TaO_x中部分带尾态电子被激发。本工作为合成高效、稳定的光催化剂提供了新的设计方向。二、非晶/非晶同质结的设计合成。基于以上材料结晶性对光催化活性的研究,设计并合成了非晶羟基钽氧化物同质结TaO_x（OH）_y NPs/SP:即将TaO_x（OH）_y纳米粒子（TaO_x（OH）_y NPs）原位锚定在TaO_x（OH）_y球体（TaO_x（OH）_y SP）上,希望更进一步的提高非晶材料的光催化活性。表面光电压（SPV）、瞬态光电压（TPV）及荧光光谱（PL）等测试结果表明,这种新颖的非晶同质结结构能促进光生电荷的分离。在相同测试条件下,该非晶同质结的光催化产H₂效率是P25（结构中同时具有锐钛矿TiO₂和金红石TiO₂）的1000多倍。该工作开创了非晶同质结的研究,而且证明了非晶同质结TaO_x（OH）_y NPs/SP比单一的非晶TaO_x（OH）_y SP或者TaO_x（OH）_y NPs的光催化效率都高。三、设计合成了非晶/结晶型异质结,并将其负载到g-C₃N₄上。首次将非晶Ta₂O₅修饰的结晶型TaC（TaC_x O_y）原位锚定在g-C₃N₄上以获得复合型TaC_xO_y/g-C₃N₄催化剂,并将其用于光催化还原有毒的Cr⁶⁺。引入痕量的TaC_x O_y使原来平滑的g-C₃N₄表面变成了粗糙的类鱼鳞片状结构,而且TaC_x O_y/g-C₃N₄厚度变得更薄,能暴露出更多的活性位点。TaC_x O_y具有类金属特质,其导电性好、功函数大,能诱导光生电子从g-C₃N₄向TaC_xO_y转移,促进光生电荷的分离。与以往报道的g-C₃N₄基复合材料相比,所合成的TaC_x O_y/g-C₃N₄光催化活性更高,35分钟内就能将Cr⁶⁺降解完全（λ≥420 nm）。四、设计合成了缺陷态的非晶/结晶型异质结。首次将非晶TaO_x纳米颗粒（约3 nm）负载到缺陷态的g-C₃N₄（DCN）上,以构建非晶/结晶型异质结,并将其应用到光催化产H₂上。研究结果表明,缺陷氮的引入不仅增强了可见光的吸收强度,也强化了TaO_x与DCN之间的相互作用。TaO_x的加入促进了光生电荷的分离和转移。当TaO_x负载量为0.05g时,光催化产氢性能达到最大(1783μmol h^-1 g^-1),约为DCN的3.7倍（λ≥420 nm）。