能源作为推动人类文明进步的重要因素，一直以来备受关注，随着现代工业的快速发展和世界人口的不断增长，在能源供应量中占据重要组成部分的化石燃料日益枯竭，与此同时化石燃料燃烧所带来的环境问题也日益严重，因此，探寻一种清洁可再生的替代能源迫在眉睫。光催化分解水制氢凭借其独特的优势，近几十年受到了全世界科研工作者的广泛关注和研究，光解水制氢是将太阳能转化为化学能（氢能）的有效手段，其中太阳能作为一种可再生资源，其取之不尽用之不竭的特点保证了源源不断的能源供应，且转化成的氢能具有能量密度高，易于存储和运输的优点，最重要的是其燃烧产物为水，清洁无污染，是环境友好型燃料。所以光催化制氢理论上可以同时解决能源短缺和环境污染两大世界难题，具有深远的研究意义。　　光催化领域虽然已经取得了一些突破，但是距离工业化应用还有很长的道路要走，研发高效稳定的光催化剂是其中最为关键的环节。为了最大限度地有效转化太阳能，光催化剂首先需要满足两个条件:具有较宽的太阳光吸收范围和较高的光生载流子分离和转移效率。单一半导体光催化剂很难同时满足以上两个条件，所以构筑多组分复合纳米材料引起了人们的广泛关注，其中价带和导带位置排布满足type-Ⅱ和Z-scheme型的异质结材料可以协同发挥两种半导体的优势，在拓宽可见光吸收范围的同时也能够大大提高载流子分离效率。在众多的半导体光催化剂中，CdS由于具有较窄的禁带宽度和合适的带边位置可以在可见光区域光解水，一直被深入的研究和大量的报道，但是光生电子-空穴对复合率高以及严重的光腐蚀问题在很大程度上影响了它的光催化活性和稳定性。本论文系统地分析了提高产氢效率的有效途径，并以CdS为主催化剂，围绕着如何克服以上问题设计了一系列的复合纳米材料。具体研究内容包括以下五章:　　第一章，首先介绍了光催化产氢的研究背景，并对半导体光催化剂光解水制氢的基本原理、可见光催化剂的研究进展和构筑高效光催化剂的几种有效途径做了一个系统的总结，并基于以上积累的研究成果和理论知识，提出了本论文的选题意义及研究内容。　　第二章，通过简单的回流方法合成了一系列尺寸可控的CdS核壳和CdS@ZnxCd1-xS核-双壳层亚微球。以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂利用软模板法，并与硫脲在高温区的剧烈热分解相结合，通过在185℃时对反应体系猝灭的方法制备了单分散性良好的CdS核壳亚微球。并在CdS核壳结构基本形成的时候，注入Zn源，利用此时反应体系中Zn2+与Cd2+形成的巨大浓度差来克服ZnS与CdS在溶度积常数上的差距，使阳离子交换反应得以顺利进行，在CdS核壳结构的外层包覆了一层ZnxCd1-xS的固溶体壳层，形成核-双壳层亚微球结构，其结构形貌和生长机理通过相应的表征被研究证明。此外，还对它们的光催化性能进行了对比研究，发现CdS@ZnxCd1-xS的产氢活性为5.17mmol h-1g-1，比纯的CdS核壳结构提高了12.3倍，通过稳态光致发光和光电化学测试证明了复合材料具有更好的载流子分离效率，因此光催化产氢活性更高。　　第三章，设计了多组分的Au-CdS/ZnS-RGO异质结复合纳米材料，在其内部构筑了三条协同作用的光生载流子分离路径，从而大大提高了光催化活性。首先利用简单的一步溶剂法合成了CdS/ZnS-RGO异质结，CdS与ZnS的摩尔比可以通过投料比得到很好的控制，在反应过程中二乙烯三胺和石墨烯在形貌和结构的调控方面起着决定性作用，此外利用两种半导体在溶度积常数上的差异使ZnS和CdS的析出顺序不同形成异质结。接下来通过一步回流法在CdS/ZnS-RGO上负载Au，由于石墨烯表面官能团与AuCl4-均带负电，静电互斥使得Au纳米晶全部在半导体上析出，油胺作为还原剂和表面活性剂控制Au纳米颗粒的尺寸保持在5nm左右。该多组分复合材料在光催化产氢测试中表现出杰出的性能，其中，CdS与ZnS形成的准type-Ⅱ型体系，结合石墨烯和贵金属Au对光生电子卓越的传输和捕获能力，使最佳光催化剂的产氢速率高达9.96mmol h-1g-1，且经过30个小时的光催化反应产氢活性没有出现明显衰减。　　第四章，通过简单的一步溶剂热法分别合成了形貌相似但内部晶相结构具有明显差异的Cd1-xZnxS和Cd1-xZnxS-RGO。两者均为长约30nm，直径约10nm的纳米棒，但是Cd1-xZnxS是由立方闪锌矿和六方纤锌矿交错排列组成的孪晶异相结构，而Cd1-xZnxS-RGO中的固溶体纳米棒呈单一六方相结构，这是由于石墨烯凭借它杰出的导热性充当缓冲带消除了溶剂热过程中的热波动，而这是孪晶形成的关键因素。内部结构的差异对它们的催化性能造成了直接影响，孪晶异相结形成的内部静电场在光催化中能有效提高载流子迁移率，且交错的六方相和立方相形成的type-Ⅱ型能带排列不仅缩短了载流子迁移路径还大大提高了载流子分离效率，所以Cd1-xZnxS光催化产氢活性较为突出，而Cd1-xZnxS-RGO则在光电化学测试中表现更为突出，这是由于Cd1-xZnxS-RGO中的固溶体表现为完美的单一晶相再与导电性杰出的石墨烯结合，使光生载流子在外加偏压营造的外部电场中能够几乎畅通无阻的迁移，所以Cd1-xZnxS和Cd1-xZnxS-RGO分别在光催化和光电化学中表现出较为出色的性能。　　第五章，设计了一种以石墨烯为基底无氧化还原对存在的CdS/Co9S8-RGO Z-scheme型半导体异质结，并研究了前驱物CdS/CoS-RGO的生长机理，及CdS/Co9S8构建的Z-scheme型异质结与石墨烯协同作用有效提高光解水活性的催化机理。首先利用石墨烯对半导体材料形貌的调节作用通过简单的一步水热法合成了CdS/CoS-RGO，并通过在还原气氛下煅烧获得CdS/Co9S8-RGO。核壳结构的CdS/Co9S8异质结和石墨烯具有超强的光子捕获能力，同时石墨烯杰出的导电性和紧密接触的两种半导体组成的Z-scheme型异质结对光生载流子的有效转移和分离做出了巨大的贡献。基于以上优异的光捕获能力和光生载流子转移效率，CdS/Co9S8-RGO的产氢速率较其前驱物CdS/CoS-RGO提高了近两倍，高达4.58mmol h-1g-1，且具有良好的光催化稳定性。