氨（NH₃）不仅是人造氮肥的重要氮源,而且也是重要的储氢载体。尽管地球大气中氮气含量接近80%,合成氨的氮源非常丰富,但由于氮氮三键键能较高(940 kJ·mol^-1),活化N₂分子非常困难。目前,工业合成氨仍然延用传统哈伯合成氨法,但该合成氨技术需要高温高压,并且制氢及合成氨工艺中均产生大量CO₂气体。因此,寻找廉价、高效、绿色节能的合成氨技术具有重要意义。与哈伯工业合成氨技术比较,利用太阳光作为驱动力,采用半导体材料作为光催化剂,将氮气与水反应,可以在温和反应条件下光催化合成氨。光催化合成氨涉及到光生电子、氮分子吸附及活化、电子空穴分离及反应物脱附等过程。本论文以提高对N₂分子的活化位点,增大半导体光催化剂对光的吸收,加快光生载流子的迁移率,促进光生电子与空穴的分离,抑制光生电子与空穴的分离,从而增大光催化固定氮的效率为目的,采用ZnO为基质,设计了ZnO纳米异质结构的光催化剂,并用于光催化合成氨反应。具体工作内容如下:（1）以乙二醇作为还原剂,通过两步水热法设计合成了一种富有表面氧空位、异质结纳米结构的系列Fe₂O₃@ZnO复合催化剂。TEM结果表明,Fe₂O₃纳米颗粒与ZnO纳米棒进行复合后,存在明显的异质界面;XPS、EPR结果表明Fe₂O₃@ZnO催化剂表面拥有大量的氧空位;N₂-TPD结果表明Fe作为助催化剂在催化剂表面制造了更多的N₂化学吸附位点;UV-vis DRS结果证明,Fe₂O₃纳米颗粒提高了ZnO催化剂对光的吸收;PL光谱表明引入Fe₂O₃后导致ZnO发生荧光猝灭,表明Fe₂O₃与ZnO的复合可以明显地抑制光生电子与空穴的复合;通过光催化合成NH₃研究发现,4%Fe₂O₃@ZnO光催化效率最高,产率达到2059μmol·L^-1·g^-1·h^-1。（2）以乙二醇作为还原剂,采用原位水热还原的方式,合成得到一种富有表面氧空位的并具有纳米异质结构的Bi@ZnO复合催化剂。XRD及TEM表明单质Bi纳米颗粒在ZnO表面高度分散;XPS及EPR表征表明Bi@ZnO催化剂具有大量的表面氧空位,并且Bi纳米颗粒与ZnO的复合抑制了ZnO体相氧空位的生成;N₂-TPD结果Bi纳米颗粒是氧空位外的另一个很好的N₂化学吸附位点;过UV-vis DRS结果证明Bi纳米颗粒引入,使得催化剂在550-600 nm范围对太阳光有很好的吸收,体现出明显的等离子共振效应;PL光谱及光电流测试表明Bi纳米颗粒和ZnO纳米棒之间形成的异质结可大大提高了电子-空穴以分离效率;通过光催化合成NH₃研究发现,Bi@ZnO-2光催化效率最高,NH₃的产率为2500μmol·L^-1·g^-1·h^-1。