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随着工业的迅速发展和化石燃料的大量燃烧,人类所面临的环境污染和能源短缺问题日益凸显。各种污染物直接排放到农业环境中,不仅会影响农业生产,还会影响人类的健康。同时,化石燃料的大量消耗也会带来日益严峻的能源危机。如今,光催化技术是解决环境与能源问题有效途径之一。为了实现该技术的实际应用,如何提高光催化剂的光能利用率、催化活性和稳定性是研究的重点和难点。因此,我们急需研究具有开发潜力的新型光催化材料。硫化镉作为备受关注的优良半导体光催化材料,因其具有较好可见光响应能力和适宜能带位置,可用于光催化降解污染物和分解水产氢。然而,由于硫化镉自身的光生载流子容易复合,导致了硫化镉的光催化活性偏低。本论文在前人研究的基础上,就如何增强硫化镉材料光催化性能进行了系统深入研究,从单纯硫化镉本身性质的研究入手,延伸到硫化镉复合体系和异质结体系的研究,探讨了高活性硫化镉的结构性质和光催化机理,主要研究内容概括为以下五个部分:第一,晶相和形貌是影响硫化镉光催化产氢性能的重要因素。在第二章中,采用溶剂热法合成了一系列具有不同晶相组成的Cd S纳米材料。通过调控混合溶剂中乙二胺和乙二醇的比例,获得了不同纤锌矿相（WZ）和闪锌矿相（ZB）比例的Cd S晶体。进一步研究发现,溶剂乙二胺的含量对硫化镉产物的晶相和形貌有显著影响:随着乙二胺含量增加,纤锌矿相先增加后减小,同时形貌从纳米颗粒向多臂纳米棒、长棒状和片状演变。多臂纳米棒样品负载Pt（0.25%）助催化剂后,在乳酸作为牺牲剂的水溶液中显示出较高的可见光催化产氢活性和稳定性。其中,含有64%WZ相的多臂Cd S纳米棒显示出最高的光催化产氢性能,其在420 nm处的表观量子效率达到28%,是含38.4%WZ相颗粒Cd S的16倍以上。这主要是由于Cd S的WZ晶相和多臂纳米棒形貌产生的协同效应。第二,以氢氧化镉六边形纳米片为前躯体,通过离子交换和晶体转变的方法制备出形貌类似的硫化镉和氧化镉六边形纳米片。首先,在加入适量EDTA-2Na的溶液中水热合成了六边形Cd（OH）2纳米片。Cd（OH）2纳米片经过S2-离子交换反应获得Cd S/Cd（OH）2中间体。随后,Cd S/Cd（OH）2中间体分别在硫气氛和空气中280 oC条件下进行热处理,转化为形貌相似的Cd S和Cd O纳米片。通过测试前驱体Cd（OH）2、中间体Cd S/Cd（OH）2以及最终产物Cd S、Cd O的光催化活性,发现Cd S六边形纳米片表现出最佳的可见光催化降解性能和产氢活性。这主要是由于该材料具有合适的能带结构、晶体结构和六边形纳米片形貌,使其产生的光生电子和空穴有较高的氧化还原能力。第三,在半导体材料中加入Pt类贵金属作为助催化剂是提高光催化产氢效率的一种极为有效的方式。然而,Pt的高成本和稀有性制约了它的实际应用。在第四章中,以硫化镉为基础,使用Mo S2和石墨烯（graphene）两种二维层状材料作为高活性助催化剂,采用两步水热反应策略,制备出形貌可控的Cd S-Mo S2和Cd S-Mo S2-graphene纳米复合物。二元复合物Cd S-Mo S2与Cd S-graphene在乳酸为牺牲剂的水溶液中表现出增强可见光催化产氢活性。进一步研究显示:三元复合物Cd S-Mo S2-graphene获得最高的产氢速率,在λ=420 nm处的量子效率达到54.4%,明显高于传统的Pt负载Cd S光催化剂。通过电化学和荧光光谱的表征,进一步论证了Cd S-Mo S2-graphene三元复合体系的光催化产氢机理:Mo S2与graphene作为助催化剂产生了协同效应,加速了光生载流子的转移和分离,增加了产氢反应活性位点和反应平台。第四,减少光催化剂中光生载流子的复合,能有效提高光催化产氢效率。为促进光生电子在光催化剂中的转移和分离,我们使用不同类型钴化合物来修饰硫化镉。在第五章中,选取Co（OH）2、Co3O4、Co S、Co O和Co2+作为助催化剂修饰Cd S纳米棒,光催化测试结果显示,Cd S-Co3O4样品的光催化产氢活性最高。这是因为n型Cd S与p型Co3O4半导体材料在界面形成了p–n结,p–n结的内电场作用能加速光生载流子的分离和转移。不仅如此,本研究还通过光电化学测试手段进一步论证了该p–n结增强产氢活性的机理。此外,我们发现这些钴类化合物修饰Degussa P25 Ti O2的材料并没有获得增强的产氢活性,这是因为他们的能带边位置不匹配,不能形成合适的异质结体系。本研究证实了Co3O4纳米簇是增强Cd S光催化产氢活性的高效、低成本助催化剂。第五,新型Ag3PO4光催化剂因具有较高的可见光催化活性而备受关注,然而传统方法制备Ag3PO4晶体尺寸较大并且容易发生光腐蚀,阻碍了它在实际中的应用。在第六章中,以氧化石墨烯和金属盐作为前躯体,采用原位生长法在有机溶剂中制备出纳米尺寸Ag3PO4颗粒与graphene组成的复合光催化材料。该复合材料显示出较强的光催化降解亚甲基蓝水溶液能力,其降解能力高于纳米尺寸Ag3PO4颗粒以及大尺寸的Ag3PO4-graphene复合材料。这主要是由于Ag3PO4纳米颗粒与石墨烯片产生的协同效应,包括:光催化反应活性位点的增加、光生载流子复合的抑制、磷酸银稳定性的增强。