在过去的50年中,多相光催化和光电催化领域得到了广泛的发展,以应对能源和环境问题的挑战。自首次发现TiO2电极在紫外光下的光催化分解水活性以来,TiO2材料因其无毒、丰富、易获得和稳定性等特点,在光解水领域具有巨大的应用潜力。通过掺杂异质元素和负载助催化剂来优化半导体的光吸收性能和电荷转移过程,是一个具有广泛普遍性和当前适用性的研究内容。而过渡金属凭借其储量丰富,价格低廉,制备方便等因素是目前研究的热点材料之一。同时具有高导电性的碳材料对电子传输的优化也成为了关注的焦点。选择合适的复合方式对二氧化钛的能带结构和电荷迁移进行协同调控是制备高效稳定的光催化剂的关键。因此,本论文以储量丰富价格低廉的TiO2为模型,通过过渡金属Ni和高导电性碳材料探究了不同复合方式引入的协同增强效应对TiO2复合光催化剂能带匹配、电子传输和光催化产氢性能的影响。具体研究内容包括以下两个方面:1.利用原子的尺寸效应将Ni元素均匀掺杂进二氧化钛晶格中,研究异质元素的掺杂对二氧化钛能带结构、吸光性能以及光催化产氢性能的影响的普遍规律。通过调整掺杂元素的含量,平衡掺杂对带隙调控和引入缺陷对光催化产氢性能的影响。没有助催化剂的情况,掺杂量2%的Ni/TiO2复合光催化剂达到最高的光催化产氢速率4.07 mmol/g/h,在纯TiO2基础上提高了10倍以上。之后为了改善其表界面电子传输,选择碳薄层作为助催化剂,通过二次水热的方法在不影响Ni掺杂TiO2的结构的情况下将其沉积到材料表面,所得复合材料体系的光催化活性再次得到提高。碳包覆Ni掺杂TiO2达到最高的光催化速率是10.26mmol/g/h（Ni掺杂量为2%）,是碳包覆前的2.52倍。2.通过负载的方式探究NiO/TiO2异质结构对电子传输的影响。本实验成功制备了2-3 nm大小的NiO纳米晶修饰的TiO2。NiO与TiO2形成异质结,促进光生电子和空穴的空间分离,抑制载流子复合,提高了光催化活性。通过调控镍元素的负载量,使得光催化产氢速率从纯TiO2的0.38 mmol/g/h提高到4.08mmol/g/h。基于前一个工作中,碳薄层的存在可以改进表面电子传输,促进电荷转移,提高光催化产氢速率。尝试采用同样的合成方法,在NiO纳米晶修饰的TiO2表面沉积碳薄层。实验结果表明碳材料对电子传输的优化作用在异质结表面同样适用。光催化活性得到再次提高,所制备的碳薄层和NiO纳米晶共同修饰的TiO2光催化剂产氢速率达到了13.95 mmol/g/h,是碳负载前的3.4倍。