随着人们对能源和环境问题的日益关注,太阳能-化学能转化方面的研究越来越受到重视。Cu(InGa)Se2(CIGS)作为一种代表性的可持续且高效率的太阳能吸收材料已被广泛研究。然而由于In和Ga元素稀有且昂贵,CIGS的应用受到很大限制,寻找其替代材料至关重要。Cu2ZnSnS4(CZTS)作为一种p型半导体材料,具有最佳的禁带宽度(1.4-1.6 eV)、较大的光吸收系数(>104 cm-1)、以及丰富的地壳储量,且组成元素安全无毒,并且已经表现出优异的光电性能。这些优点使其在光电转化方面具有潜在的应用前景,引起了研究人员的广泛关注。然而,CZTS的多元组成使其制备控制成为一个难点,而低成本的溶液基化学方法制备更是一个挑战。因此,研究CZTS材料的化学制备及其光催化性能是实现该材料在太阳能-化学能转化方面应用的关键。目前CZTS材料的制备方法已有很多种。最常用的CZTS纳米晶制备方法是热注法,该种方法制备的CZTS纳米晶尺寸小且分布均匀,但是该方法所用的添加剂(表面活性剂和长链分子)较为昂贵,并且操作复杂,需要高于250℃的反应温度。鉴于此,本文采用低成本易操作的溶剂热法和水热法制备CZTS纳米颗粒。溶剂热法采用乙二胺体系,乙二胺既作强螯合剂又作溶剂,在CZTS纳米颗粒的形核方面起重要的作用。氨助水热法体系中,氨水在晶体生长方面起重要作用,硫代乙酰胺在合成过程中既作硫源又充当还原剂。本文发现,不使用有机表面活性剂也能控制CZTS纳米晶的形貌和物相。这两种CZTS纳米颗粒用刮涂法制备成膜后,经过测试其光电化学行为,证明它们具有较弱的光催化活性。继CZTS纳米颗粒制备之后,为了增强CZTS材料的光催化性能,本文尝试从纳米尺度上做改进。本文首次采用硬模板法(nanocasting)制备具有锌黄锡矿晶体结构的小尺寸CZTS纳米棒。该过程中使用价格低廉的甲醇基金属氯化盐-硫脲溶液作为溶胶前驱液,将其填充进SBA-15模板孔道中,经过醇解和缩聚反应后形成凝胶,热处理后除去模板,可得到直径为6.8 nm,长度为20-100 nm的CZTS纳米棒。由于一维结构有利于光生电子-空穴对分离,所以该种CZTS纳米棒用滴涂法制备成膜后,具有比前两种CZTS纳米颗粒更好的光催化性能。虽然CZTS纳米棒具有优于纳米颗粒的光催化性能,但是“墨汁”涂覆法(刮涂法和滴涂法)制备的CZTS薄膜在光电化学反应中具有较大的暗电流大,这不仅和薄膜表面存在的孔洞、裂纹和较大的晶界密度有关,而且和CZTS材料容易发生光腐蚀有关。因此,本文采用简单易行且成本低廉的溶液基方法(溶剂热法和旋涂法)直接在基底上沉积CZTS薄膜。经过比较后发现,旋涂法得到的CZTS薄膜表面平整、致密、无裂纹,所具有的光催化性能比溶剂热法制得的好。为了克服CZTS材料的光腐蚀现象,本文用CdS和TiO2薄膜对甲醇基液相旋涂法制备的CZTS薄膜进行表面修饰,制备出具有CZTS/CdS/Ti O2结构的光电极。该种光电极不但具有优异的光电化学性能,而且在长时间的光电化学分解水制氢反应中表现出非常好的稳定性。总之,通过调制不同的前驱体溶液以及使用不同的合成手段,本文开发了具有不同形貌和尺寸的CZTS纳米材料,同时研究了它们的光催化性能以及性能与材料结构和薄膜制备工艺的关系。这些研究结果为CZTS材料的光催化产氢应用提供了重要的实验基础和理论指导。