利用半导体光催化剂吸收光能并用于光催化分解水产氢,是应对和处理与能源和环境相关问题的有效途径。近年来,不同半导体材料的光催化分解水性能的研究被广泛开展。可见光催化剂的研究已经取得显著进步,但迄今为止半导体光催化剂所取得的最高能量转换效率仍远远没有达到能投入实际应用的最低要求。光催化分解水过程的能量转换效率原则上是由半导体光催化剂的性质所决定的。这说明在寻找新型高效可见光催化剂的同时,采用不同方法对现有催化剂进行改性以提高其可见光光催化性能也非常必要。这些方法包括禁带工程、沉积助催化剂和构建半导体异质结等。上述方法必须结合对材料合成的控制,在纳米尺度上调控材料的结晶性、电子结构和形貌等对光催化性能起主导作用的性质。本论文选取Zn O纳米棒阵列作为研究对象,通过简单的水热法和离子交换法制得具有高光催化活性和稳定性的Zn O/Zn S/Cd S/Cu In S2以及Zn O/Zn Se/Cd Se/Cux S核壳结构纳米棒阵列,研究了核壳结构异质结的构建以及特殊功能组份的使用对光电性能的影响,并提出了光电性能得以改善的机理。本文的主要研究内容归纳如下:(1)采用水热法在FTO导电玻璃上制得规则的竖直排列的Zn O纳米棒阵列,再通过系列的离子交换过程进行反应和转化,得到Zn O/Zn S/Cd S/Cu In S2核壳结构纳米棒阵列。改变反应条件可以得到具有不同化学组成的核壳结构纳米棒阵列。在优化条件下制得的Zn O/Zn S/Cd S/Cu In S2样品的可见光光催化活性和稳定性相较Zn O、Zn O/Zn S、Zn O/Zn S/Cd S、Zn O/Cd S/Cu In S2和Zn O/Zn S/Cu In S2等样品均有明显提升和改善。随后深入探讨了光电性能的改善与核壳结构异质结的构建和各功能组份的作用。(2)从Zn O纳米棒阵列出发,通过系列的离子交换过程得到Zn O/Zn Se/Cd Se纳米棒阵列,再利用连续离子吸收与反应法在其表面沉积Cux S层。通过调节离子交换过程中反应条件可以得到不同组成的核壳结构纳米棒阵列。光电测试表明,Zn O/Zn Se/Cd Se样品的可见光光催化活性要高于Zn O、Zn O/Zn Se、Zn O/Cd Se等样品,但其稳定性较差。在Zn O/Zn Se/Cd Se纳米棒阵列上沉积Cux S层后,其可见光光催化活性进一步提升的同时,稳定性也显著增强。最后探讨了核壳结构异质结的构建,以及Cux S层提高光电性能的机理。