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氢由于具有燃烧值高、可循环再生以及对环境友好等优点，被认为是未来的一种理想的绿色能源。而利用太阳能在半导体材料上光催化分解水制氢被视为是一项极具挑战性的方法。纳米TiO2是研究最多的半导体光催化材料，广泛应用于光分解水产氢、光降解污染物、大气净化、杀菌消毒等方面。但是TiO2具有较大的禁带宽度，只能吸收太阳光中的紫外光，光谱响应范围较窄，同时其光生电子-空穴对复合率高和具有较小的比表面积，极大制约了其更大规模的实际应用。本论文主要通过纳米TiO2的表面改性、形貌调控、载流子电荷分离及新型红磷可见光响应光催化剂的改性等手段，试图提高其光催化分解水产氢性能。（1）以P25和CoCl2为前驱体，通过一步沉淀法成功制备了Co(OH)2纳米簇改性TiO2纳米粒子复合光催化剂Co(OH)2/TiO2。通过测试在甲醇水溶液中光催化分解水产氢的性能，研究了Co(OH)2簇负载量对复合催化剂分解水产氢活性的影响。结果表明：经过Co(OH)2纳米簇修饰后，TiO2的光解水产氢活性得到了大幅度提高。当Co(OH)2负载量为0.25mol%时，光催化产氢速率最高，达1946μmol·h-1·g-1，为纯TiO2的23倍。TiO2光解水产氢活性增强的原因可能是在TiO2表面沉积Co(OH)2纳米簇后，这些纳米级的Co(OH)2簇可以作为光生电子的捕获阱，使得TiO2导带的光生电子可以转移到Co(OH)2簇上，有效的抑制光生电子-空穴对的复合，提高了载流子电荷的分离效率，从而提高了光催化分解水产氢活性。（2）以TiO2纳米管和Cu(NO3)2为前驱体，采用水热-沉淀的工艺过程成功将纳米Cu(OH)2簇负载在TiO2纳米管表面，合成出Cu(OH)2纳米簇改性TiO2纳米管复合光催化剂Cu(OH)2/TNTs，研究了Cu(OH)2负载量和催化剂浓度对样品光催化产氢活性的影响。结果显示在400W高压汞灯照射下，以甲醇为牺牲试剂，负载8wt%Cu(OH)2的TiO2纳米管表现出显著增强的光催化分解水产氢活性，最高产氢速率为14.94mmol·h-1·g-1。光催化产氢活性提高的原因可以归结为：Cu(OH)2和TiO2纳米管之间存在强烈的协同效应，主要包括：Cu(OH)2/Cu(E0=-0.222V)具有位于TiO2纳米管导带位置(-0.260V)和H+/H2(E0=0.000V)还原电势之间合适的电势，Cu(OH)2簇包覆TiO2纳米管独特的微结构，大的比表面积和Cu(OH)2纳米簇高度分散的状态。（3）以氧化石墨和P25为前驱体，采用简易绿色的碱性水热法，一步合成出石墨烯修饰TiO2纳米管复合光催化剂TNT/GR，并在氙灯的照射下研究了其光催化分解水产氢性能。实验结果表明，石墨烯可以作为有效的助催化剂提高TiO2纳米管的光催化分解水产氢活性。石墨烯的含量对TiO2纳米管光催化分解水产氢活性影响较大，石墨烯的最佳含量为1.0wt%，对应的产氢速率是12.1μmol·h-1，比纯TiO2纳米管(4μmol·h-1)高2倍。引入石墨烯后，由于TiO2纳米管的光生载流子电荷分离效率得到了有效的提高，会产生更高的光催化分解水产氢活性。（4）Ni(OH)2纳米簇改性红磷（Ni(OH)2/P）复合光催化剂可在较大可见光范围实现在甲醇水溶液中有效的光催化分解水产氢。采用红磷和Ni(NO3)2为前驱体，通过一步液相沉淀法将Ni(OH)2纳米簇沉积在红磷催化剂表面。Ni(OH)2簇作为助催化剂能有效捕获光生电子，延长载流子电荷的寿命。Ni(OH)2最佳负载量是0.5wt%，最高产氢速率是1.65μmol·h-1，是负载1wt%Pt的红磷光催化产氢活性(0.78μmol·h-1)的2.12倍。因为Ni2+/Ni还原电势(-0.23V)略低于红磷导带位置(-0.25V)，而高于H+/H2还原电势位置(0.00V)，有利于红磷导带上的光生电子转移到Ni(OH)2纳米簇上，然后去还原H+产生H2，从而增强了红磷光催化分解水产氢的性能。