不可再生化石能源的过分使用，造成能源危机与严重的环境污染，寻找清洁、可持续能源是解决问题的关键。氢能是一种高燃烧值、无二次污染、无毒的化学能源，氢能代替化石能源的使用，将为能源枯竭和环境污染问题提供有效解决方案。本文旨在制备在可见光照射下具有产氢性能的单一半导体光催化剂。催化剂要具有可见光催化产氢活性，则要具有可见光吸收能力，且光生载流子的分离效率要高。Ta3N5的禁带宽度为2.1eV，具有可见光催化活性，但因其光生载流子复合率较高而被限制使用，本文采用拓扑转换的方法，制备出具有介晶超结构的Ta3N5，Ta3N5的超结构为光生载流子的运输提供了有效的路径，加快了光生载流子的分离，克服了因其禁带宽度较窄而光生载流子复合率高的难题；Ta2O5的禁带宽度约为4.0eV，因禁带宽度较宽而无可见光活性，采用溶剂热法，制备出具有氧空位缺陷、Cl掺杂的非晶Cl-Ta2O5-x微球，在可见光下具有产氢活性，克服了因其禁带宽度较宽而无可见光催化活性的难题。本论文的主要内容如下：
　　(1)采用溶剂热法，煅烧法制备介晶Ta2O5纳米片，再由拓扑转换法，在管式炉中NH3氛围下，煅烧制备出介晶Ta3N5纳米片，并采用同样的拓扑转换的方法，由商业Ta2O5制备了Ta3N5(comm-Ta3N5)，探究介晶Ta3N5纳米片在可见光下的催化产氢性能。实验结果表明，介晶Ta2O5纳米片与商业Ta2O5均无可见光催化产氢活性，介晶Ta3N5纳米片与comm-Ta3N5均有可见光催化产氢活性，且介晶Ta3N5-850纳米片的产氢量是comm-Ta3N5的5.28倍。扫描电镜与透射电镜表征结果显示，介晶Ta3N5是由纳米颗粒组成，具有排列有序的片状超结构；瞬态光电流响应，电化学交流阻抗谱，荧光发射光谱，时间分辨荧光光谱等表征结果显示，有序片状超结构为光生电子与空穴提供有效的传输路径，降低了电荷的转移电阻，加快了光生载流子的转移速度，增加了光生载流子的分离效率，提高了光生载流子的荧光寿命；N2吸脱附曲线测试结果表明，介晶Ta3N5-850纳米片具有高的比表面积，提供了更多地活性位点。
　　(2)以TaCl5为前驱体材料，丙酮为溶剂，采用溶剂热法成功制备出具有氧空位缺陷、Cl掺杂的非晶Cl-Ta2O5-x微球，探究非晶Cl-Ta2O5-x微球在可见光照射下催化产氢性能。结果表明：商业Ta2O5无可见光催化产氢性能，非晶Cl-Ta2O5-x微球在可见光照射下有可见光催化活性，其中非晶Cl-Ta2O5-x-200微球在可见光照射下180min内产氢量为56.96μmolg-1，对比于商业Ta2O5表现出良好的可见光催化活性。从考察催化剂产氢稳定性、考察催化剂质量对产氢性能的影响以及考察在不同单波长光下催化剂的产氢性能等实验，验证得出：非晶Cl-Ta2O5-x微球具有可见光催化产氢性能。X射线电子能谱、电子顺磁共振表征证明，非晶Cl-Ta2O5-x微球含有氧空位缺陷与Cl掺杂，紫外-可见漫反射吸收光谱、时间分辨荧光光谱、电化学交流阻抗等表征显示，氧空位缺陷与Cl掺杂增加了非晶Cl-Ta2O5-x微球对光的吸收能力，将吸收范围扩宽至可见光，提高了光生载流子的转移能力以及光生载流子的分离效率，增加了光生载流子的荧光寿命。