近年来,能源危机和环境污染一直是困扰人类生存以及发展的两大问题,寻找及开发清洁的新能源是当代科学界研究的一大热点。太阳能具有可再生、清洁无污染等优点,被认为是解决能源和环境问题的理想能源。光催化技术是利用太阳能将水分解成氢气、氧气,对于缓解能源匮乏和环境污染两大问题具有重要的研究意义和应用前景。其中,半导体光催化剂的发展是光催化技术应用的关键因素,很多半导体催化剂由于带隙太宽或者容易发生光腐蚀等原因而限制了其光催化的活性。因此,寻找一种廉价、高效的光催化催化剂是当代科学家研究的重点。本论文主要研究了对材料进行表面改性以及材料在可见光下分解水的性能,并取得了以下成果:1.花瓣状碳包覆Cu+掺杂CdS纳米复合材料的制备及其光催化制氢性能研究本章节主要介绍了通过一步溶剂热法成功合成了具有稳定花瓣状结构以及大小均匀的碳包覆亚铜离子掺杂硫化镉纳米复合材料(C-Cu-CdS),并且对材料进行制氢性能的测试。通过与单纯的CdS对比,我们合成的C-Cu-CdS样品在可见光下表现出较好的光稳定性和制氢效率。我们对制氢性能提高的原因进行了系统地研究:(1)通过在CdS表面包覆碳层来形成核-壳结构可以有效抑制光腐蚀,碳层具有优越的光吸收和电子转移能力不仅提高材料的对可见光的吸收并且促进了光生电荷的分离。(2)通过Cu+的掺杂可以减小光催化剂的带隙来提高材料对可见光的吸收,离子掺杂也可以创造出的受主能级和减少光腐蚀来提高光催化剂的化学稳定性。得益于独特的核-壳结构和金属离子掺杂,所制备的C-Cu-CdS光催化剂在可见光下表现出优越的光稳定性和光催化制氢效率。2.多孔Cu掺杂BiV04纳米管的制备及其光催化制氧性能研究在本章工作中,我们通过简单的两步法合成一维Cu掺杂BiV04空心多孔纳米管光催化剂。通过理论计算和实验结果的对比分析,Cu掺杂形成杂质能级能够提高催化剂的吸收光谱宽度和光催化制氧性能。此外,材料本身的形貌和结构对其性能具有重要影响。具有高的比表面积和中空结构有利于电荷的传输、高的可见光利用效率、暴露更多的活性位点等优点来提高光催化性能。一维管状结构当Cu掺杂的最佳百分比为5.0%时,在可见光下观察到平均产氧速率为350.2 μmol h-1g-1,比单纯的BiVO4性能高了大约2.4倍左右。通过进一步的表征测试证实Cu掺杂BiV04—维管状结构能提高其光催化性能。3.Co(CO3)0.5(OH)· 0.11H2O/Bi2WO6纳米复合材料的制备及其光催化制氧性能研究光催化产氧是水分解过程中一个重要的步骤,由于四电子转移的过程复杂和氧-氧键形成的需要大的活化能,使得制氧过程较为困难。因此,寻找一种廉价高效的光催化制氧催化剂是人们所向往的,但对于工业化来说这也是一种挑战。在这里我们报道了一种简单水热法合成的光催化剂,它是由像花状的Co(CO3)0.5(OH)·0.11H20(CCO)和Bi2W06(BWO)纳米片组成的复合材料(CCO/BWO)。对合成的CCO/BWO复合光催化剂进行了 XRD、SEM、TEM、Uv-vis、PL等表征手段来分析样品的组成和性质,并进行了电化学性能的测试,表明Co(CO3)0.5(OH)0.11H2O与Bi2WO6之间具有合适的能带匹配可以促进光生电荷的分离,从而提高了光催化活性。这种新型复合材料的制备方法将会为可见光下光催化制氧和能量转换提供新合成思路。