近年来,利用太阳能驱动半导体分解水产生氢气的光催化技术受到人们的广泛关注。多孔二氧化钛（TiO₂）因其合适的价带与导带位置和较大的比表面积而被广泛应用于光催化分解水制氢。然而,单一的TiO₂在光催化反应过程中存在光生载流子复合快、光谱利用范围窄以及光能利用效率低等问题,因此限制了其在光解水制氢中的实际应用。与此同时,研究发现光催化制氢过程中引入助催化剂可以有效促进光生电子空穴的分离、降低反应过电位并提供产氢活性位点,进而提高半导体光催化材料的催化制氢性能。目前研究的助催化剂主要分为贵金属和非贵金属助催化剂,但是贵金属由于本身较稀有而不能被广泛使用,因而寻找高效而物产丰富的非贵金属助催化剂备受关注。其中,非贵金属铜基助催化剂具有良好的电荷传输能力和合适的氢吸附吉布斯自由能,因此在光催化分解水制氢领域具有潜在的应用。基于以上背景,本论文以化学性质稳定、易于制备、无毒而廉价的多孔TiO₂作为主体催化剂材料,选取最简单的非贵金属铜作为助催化剂,通过合适的制备方法来构筑二元与三元主-助复合材料,研究其在光解水制氢中的催化活性,并对可能的催化作用机理和增效机制进行探讨。具体工作如下:1.首先通过乙醇酸氧钛前驱体的水热水解反应制备棒状结构的多孔TiO₂材料,再将其引入含有铜源、双配体的反应体系中进行溶剂热还原反应,成功地将铜颗粒负载到多孔TiO₂的表面形成二氧化钛-铜（TiO₂-Cu）复合材料。通过粉末X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）以及氮气吸附测试等手段,对所得到的TiO₂-Cu复合材料的组成和结构进行了表征。光电流和电化学交流阻抗测试结果表明,金属铜和n型半导体TiO₂之间的界面上形成了肖特基接触,表现出显著的光电流提升。光催化分解水制氢实验结果发现,单一的多孔TiO₂具有较低的产氢活性(260μmol?g^-1?h^-1)。但是,适量铜纳米颗粒的引入可以提升TiO₂的光催化产氢效率。当Cu的含量为2.5 wt%时,TiO₂-Cu复合材料表现出优异的催化析氢能力,其析氢速率(6046μmol?g^-1?h^-1)是单一二氧化钛的23倍。瞬态光电流结果发现,由于肖特基结的整流效应,TiO₂-Cu复合材料的最高光电流密度几乎为单一TiO₂的28倍,进一步表明TiO₂-Cu复合材料可以有效地对光生电子空穴对进行分离和转移,以提高其光催化分解水制氢效率。此外,由于金属铜的功函数大于TiO₂,使其可以作为电子的俘获中心而累积电子,在光催化分解水的过程中有效地还原质子或水,从而进一步促进氢气的产生速率。该部分工作不仅提供了一种构筑金属铜-半导体复合材料的制备方法,而且进一步验证了具有肖特基接触的金属-半导体的合理设计与构筑可以提升半导体的光催化制氢性能。2.选择第一部分中得到的表面带正电荷的二元TiO₂-Cu复合材料,利用静电自组装法将其与带负电荷的无定形碳点（CDs）溶液混合,成功制备了三元TiO₂-Cu@C复合材料。对TiO₂-Cu@C复合材料进行XRD、XPS和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征,结果表明金属铜和无定形碳点分散在多孔TiO₂上。在光催化分解水制氢实验中,TiO₂和TiO₂@C材料几乎没有氢气生成,结果表明CDs不能提供产氢活性位点。最优负载量的TiO₂-Cu@C表现出显著的氢析速率为3911μmol g^-1h^-1和优秀的循环催化活性,该活性是二元TiO₂-Cu材料的1.6倍。通过光电化学测试和时间分辨荧光分析,发现金属铜和CDs都具有良好的导电性,有利于促进电荷转移和分离。因此,CDs在三元TiO₂-Cu@C复合材料中作为电子媒介,创造另一条电子转移途径来进一步增强二元TiO₂-Cu材料的活性,其中TiO₂上的光生电子可以通过CDs进入铜助催化剂并将水还原为氢气。该部分工作为构筑高效光催化制氢用三元复合材料提供了一定的参考。