人们对可持续能源转换技术的兴趣日益增加,其中,利用催化剂在可见光照射下驱动水分解具有重要意义,这将实现太阳能向氢能的高效转化,从而达到可持续的能源利用。众所周知,由于大的比表面积和更多的表面缺陷,纳米尺寸的催化剂表现出比块状材料更大的潜力。锡的氧化物纳米材料由于其生态友好和含量丰富的特性而受到关注,但是由于氧化锡（SnO₂）的导带边缘比水还原电位低,因此不适用于驱动水分解。四氧化三锡（Sn₃O₄）因具有合适的带隙（～2.7 eV）和带边位置,是一种极具潜力的可见光光催化剂。然而,Sn₃O₄仍然存在光激发载流子分离效率低,比表面积小,催化动力学差等缺陷。因此,制备具有实用价值的Sn₃O₄基高效光催化剂,实现其更广泛的应用仍然是巨大的挑战。本文以半导体Sn₃O₄为主要研究内容,通过对Sn₃O₄基纳米复合材料组成、结构和形貌的设计与调控,实现了高活性光催化材料的制备,并在光催化降解、光电催化降解、光电催化制氢和光催化杀菌方面进行应用探索,主要研究内容如下:第一,肖特基结的构建是促进半导体载流子分离的有效手段。通过在氢气气氛下原位还原Sn₃O₄合成了具有丰富氧空位的Sn纳米颗粒/Sn₃O₄纳米片（Sn NPs/Sn₃O₄ NSs）低成本肖特基结复合光催化剂。金属Sn的优良导电性和金属-半导体界面的相互作用促进了载流子的分离和传输,半导体Sn₃O₄中氧空位的存在可以进一步抑制光生载流子的重组并促进光吸收范围的红移,因此,Sn NPs/Sn₃O₄ NSs表现出更优异的光催化氧化性能。同时,细胞相容性实验证明,Sn NPs/Sn₃O₄ NSs具有较低的生物毒性。这项工作为低成本合成具有优异光催化活性的肖特基结复合光催化剂提供了新的思路,有很好的应用前景。第二,泡沫镍由于其独特的三维结构成为理想的半导体催化剂载体。我们将Sn₃O₄原位负载在泡沫镍基底上制备了全光谱Sn₃O₄纳米片/泡沫镍（Sn₃O₄ NSs/Ni foam）异质结构光电催化剂。泡沫镍不仅作为Sn₃O₄光催化剂的载体,而且还可以与Sn₃O₄相互作用形成异质结构,将吸收光谱扩展到近红外范围,光吸收边缘约为725 nm。研究表明,Sn₃O₄ NSs/Ni foam显示出光电催化降解聚丙烯酰胺（PAM）的高效性能。该结果启发我们在当前研究的基础上,开发出更加精细和复杂的镍基光电催化剂应用于更广泛的领域,例如太阳能水分解、染料敏化太阳能电池等。第三,高性能的三维异质结构光电催化剂在解决能源和环境问题上具有极大的潜力。通过金属辅助化学刻蚀法获得了超细硅纳米线（SiNWs）阵列,然后在其表面原位水热生长具有可见光催化活性的Sn₃O₄纳米片制备了三维分级SiNWs/Sn₃O₄光阳极催化剂。超细纳米线结构与Sn₃O₄纳米片的限光作用能够增强光谱的吸收,异质结构的构建能够促进载流子的定向传输,并且Sn₃O₄的原位生长也降低了载流子传输的界面电阻。SiNWs/Sn₃O₄光阳极表现出显著增强的光电化学活性,其光电流密度是单相SiNWs的8倍多,并显示出高效的分解水制氢能力。这项工作为构建用于高效光电催化太阳能转换的三维硅基异质结光电极提供了新的策略。第四,我们进行了光催化在医疗卫生方面的研究。随着光催化材料的发展,光催化杀菌技术又重新回到了人们的视野。在光照的作用下,光催化剂产生的电子和空穴会与表面吸附的物质（H₂O,O₂等）反应产生活性基团（ROS）,能够损害细菌的磷脂、蛋白质和DNA/RNA,从而实现高效杀菌性能。我们通过水热法和重结晶过程合成了Sn₃O₄/3,4,9,10-四甲酰二亚胺（Sn₃O₄/PDINH）异质结构,实验证明,在光照射下异质结构能够高效产生ROS,并且光吸收的有效波长范围扩展到了近红外区域,远远超出单相Sn₃O₄的光吸收。Sn₃O₄/PDINH异质结构实现了显著增强的光催化杀菌性能,甚至在近红外光作用下也表现出快速优异的杀菌效果。