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半导体光催化水分解技术是一种太阳能绿色转化和清洁利用的理想方法,为从根本上解决人类社会面临的能源危机和环境污染问题提供了可能的途径。通常,单一半导体光催化材料存在着光谱响应范围窄、光生电荷复合率高以及光腐蚀严重等缺点,因而制约了其在光催化水分解中的应用。本文基于拓展吸光范围、提高载流子分离效率和增加催化反应中心位点等途径,构筑了三种性能优异的半导体纳米复合光催化剂,阐明了其中电荷/能量转移的微观过程及其对光催化性能的影响,提出相应的光催化反应机理,进而为设计高性能的半导体纳米复合光催化材料提供新的认识和启发。主要研究内容如下:（1）采用两步法成功地构建了一种新型的NaYF4:Yb,Tm纳米晶@CdS纳米线异质结材料,其光谱响应范围拓宽至近红外区,并且展现出了高效的光催化性能。在此异质结中,NaYF4:Yb,Tm纳米晶能够吸收近红外光并将其转换为紫外光和可见光,进而驱动Cd S纳米线进行光催化反应。在波长大于520 nm的可见–近红外光照下,光催化水分解产氢速率高达255μmol·g-1·h-1。此工作说明通过引入上转换发光材料来拓宽催化剂的光谱响应范围是一种可行的方案。（2）采用溶剂热法均匀地在ZnO表面上包覆了一层新型的无定形钴（AC）基助催化剂。在光催化水分解产氧反应中,AC助催化剂的负载有效地促进了光生空穴的转移,并且降低了产氧反应的起始电位和活化能,进而显著地抑制了ZnO的阳极光腐蚀,大幅度地提高了其产氧活性。结果显示,AC@ZnO的产氧速率高达321μmol·h-1,是纯ZnO的16.9倍。此工作证明,AC是一种比Co-Pi更高效的捕获空穴的助催化剂,可以广泛地应用于光催化水氧化反应体系。（3）采用溶剂热法首次合成了一种由卟啉配体和钛氧团簇构筑而成的二维金属-有机框架超薄纳米片（PMOF）,其光响应范围拓宽至700 nm。在光催化反应中,光生电子由作为吸光单元的卟啉配体向作为催化反应活性中心的钛氧团簇转移,具有高效的电荷分离效率,从而表现出高达8.52 mmol·g-1·h-1卓越的光催化产氢速率。此外,PMOF还具有良好的水稳定性和光稳定性。本研究对开发性能高效的可见光响应型金属-有机框架光催化材料具有重要的指导意义。