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构建经济、高效的太阳光分解水体系被认为是最具发展前途的制氢技术。目前,大多数光催化材料尚存在光谱响应范围窄、量子效率低和长效稳定性差等问题。为此,本论文构筑了若干宽光谱响应复合材料,并构建了其半分解或全分解水光催化体系,深入探讨了合成的复合材料的可见/近红外光响应制氢效能及其光催化机理。1.采用一锅溶剂热法合成了 MoS2原位负载的Mn1-xCdxS基材料。当x值从0.20增加到0.75时Mn1-xCdxS基材料转化为含纳米棒状Mn0.2Cd0.8固溶体和α-MnS纳米颗粒的Mn0.2Cd0.8/MnS 异质结材料。其中,含 38mol%α-MnS 的 Mn0.2Cd0.8S/MnS 的可见光（λ≥420 nm）催化产氢活性（335μmol h-1）最佳,为同等条件下CdS活性（171μmol h-1）的1.95倍。此外,15wt%MoS2-Mn0.2Cd0.8S/MnS 的产氢活性高达 995 μmol h-1,为 Mn0.2Cd0.8S/MnS活性的2.97倍,也略高于其1.0wt%Pt负载产物的活性（868 μmol h-1）,且在420 nm单色光处的表观量子产率（AQY）为30.2%,高于MnxCd1-xS基材料的文献值（～25-2.37%）。究其原因在于,Mn0.2Cd0.8S、α-MnS及MoS2界面的紧密接触构筑了电荷定向转移通道,有效地抑制了光生电荷复合,且超薄MoS2为光反应提供了更多的活性位点,因而表现出优异的光催化活性。该类Mn0.2Cd0.8S固溶体和α-MnS异质结的构筑为改善MnxCd1-xS基材料的量子产率和稳定性,推动其效能突破和实用化进程提供了重要的理论依据。2.以碱液水热法合成了锐钛矿TiO2纳米管团聚而成的三维网络状多孔微球（AMS）,然后原位沉积红外带隙PbS纳米晶（NCs）,构筑了超宽光谱响应的PbS/AMS异质结复合材料。其中,AMS微球直径为0.2～7.0 μm,PbS NCs（直径约30 nm）紧密附着于AMS的TiO2纳米管表面。随着PbS NCs负载量的增大,PbS/AMS对400-1200 nm超宽范围内的光吸收能力逐渐增强。其中,5.0wt%PbS/（Pt-AMS）在UV-Vis-NIR光照下的产氢活性为 813 μmol h-1,是 Pt-AMS 活性（375 μmol h-1）的 2.2 倍,且在 420,550,700,760,850,950 和 1064 nm 单色光处的 AQY 分别为 26.2%,2.43%,3.21%,2.17%,0.36%,0.11%和0.01%。究其原因在于,三维网络状结构的AMS作为PbS NCs的支撑体和电子受体,为PbS NCs的热电子提供了良好的分离/转移通道,使之在热化损失之前快速地注入到AMS,从而使PbS/AMS获得了超宽光谱响应的高效产氢性能。这为今后构筑可高效利用太阳光光谱低能光子、实现超宽光谱响应的光催化制氢体系提供了一条可资借鉴的思路。3.以氧化石墨烯量子点（GODs）为模板剂,合成了原子层级的超薄BiVO4纳米片（NSs）,然后负载Pt-SrTiO3:Rh纳米颗粒（NPs）,构筑了具有全分解水性能的Pt-SrTiO3:Rh/BiVO4异质结复合材料。其中,BiVO4 NSs厚度约4.5 nm（约四层原子层）,具有较大的比表面积（61.8 m2 g-1）,且其暴露（010）晶面存在大量氧空位（Vo）;Pt-SrTiO3:Rh NPs粒径约24 nm。其中,20wt%Pt-SrTiO3:Rh/BiVO4在可见光（λ≥400 nm）照下表现出较好的全分解水性能（产H2/O2活性为63.2/31.9 μmol h-1）,且在400 nm单色光处的AQY高达9.36%。研究结果表明,BiVO4 NSs较大的比表面积、原子层级厚度以及暴露（010）晶面大量Vo等特点促使该异质结采取两步激发的Z-型作用机制,有效地促进了光生载流子的转移和分离,从而表现出了优异的光催化全分解水活性。该工作为以BiVO4超薄纳米片为基础构筑新型、高效的Z-型全分解水光催化材料提供了新策略。4.以上述超薄BiVO4 NSs为基质,采用浸渍法在其表面负载一层不对称铬卟啉衍生物（CrPyCl）,构筑了一类具有全分解水性能的Z-型2D/2D复合材料（BiVO4/CrPyCl/Pt）。该材料中CrPyCl可通过其-COOH与BiVO4 NSs的-OH化学键合。其中,含20 μmol g-1 CrPyCl的BiVO4/CrPyCl/Pt具有最佳的光催化全分解水性能,其产H2/O2活性（42.6/22.3μmol h-1）接近于全分解水反应的化学计量比,对应的AQY为8.67%。究其原因在于,BiVO4 NSs可显著提高CrPyCl吸附量,且纳米片间较大的接触面积有效地提高了光生电荷的分离效率,进而改善了该复合材料的光能-氢能转化效率。该工作为人工构筑模拟植物光合作用的超薄2D/2D纳米光催化材料,实现高效光分解水等研究指明了一条行之有效的途径。5.将上述超薄BiVO4 NSs在空气中煅烧获得不含GODs及Vo的高纯BiVO4 NSs,然后采用Sonogashira偶联聚合反应在其表面原位聚合形成卟啉基聚合物（ZnPt-CPs）,构筑了 Z-型2D/2D复合材料（ZnPt/BiVO4）。其中,20wt%ZnPt/BiVO4表现出最佳的全分解水活性（产 H2/O2 活性为 77.3/39.5 μmol h-1）,且在 400,420,435,475 和 520 nm 单色光处的 AQY 分别为 9.85%,7.31%,4.23%,1.86%和0.03%。研究结果表明,ZnPt-CPs内部存在周期性分布的Ⅱ型异质结促进了 BiVO4 NSs的光生电子转移到ZnPt-CPs的ZnPorBr卟啉核,再迁移到PtPorF卟啉核进行产氢反应,而BiVO4 NSs价带空穴用于水氧化产氧反应。与传统的Z-型光催化材料相比,ZnPt-CPs聚合物内部高度有序的电子传输路径导致Z-型ZnPt/BiVO4复合材料表现出更高的光生电荷利用效率和更优异的全分解水性能,因而在人工光合作用研究领域具有重要的理论价值和潜在的应用前景。