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近年来，随着化石能源的逐渐枯竭和日益增长的能源需求，替代式能源的研究越来越受到重视。氢能也被视为是本世纪最具有潜力的代替能源。在众多的制氢方法中，利用光催化分解水制氢的方法是将取之不尽的太阳能转化为化学能的过程，这是一种成本低廉、对环境友好的获取氢能的方法。因此，发展利用太阳能进行光催化制氢技术的核心是寻找高活性且稳定性良好的光催化剂。光催化剂通常是由半导体材料和助催化剂构成。如何设计一个合适的半导体材料对光催化分解水制氢的性能尤为重要。在各种氧化物半导体光催化剂中，TiO2因其生物化学性质稳定、成本低廉已经被证实是在光催化分解水中最合适的选择。本文将围绕如何提高TiO2的光催化分解水性能展开研究，主要内容概括如下: 1、通过溶剂热的方法合成锐钛矿空心球并进一步固相还原出氧空位缺陷，进而提高光解水制氢性能。利用简单的固态化学还原过程，在温和的温度(300℃)大规模制备了有色锐钛矿空心球。X射线衍射分析(XRD)、电子顺磁共振测试(EPR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)等测试证实了氧空位和Ti3+的存在。氧空位在TiO2催化剂中可以充当电子给体，有助于增强TiO2中电子给体的浓度。施主密度的增加可以改善电荷的传输，促使费米能级向导带移动、促进光生电荷的分离增强TiO2光催化性能。 2、利用简单的退火过程制备了一种特殊双核壳结构的二氧化钛并研究其优异的光解水特性。光催化剂通过一系列测试方法来表征，其中包括XRD、TEM、SEM、XPS、EPR、Raman等。XPS和EPR证明了氧空位和Ti3+的存在。TEM图像可以清晰的看到这个晶体核（二氧化钛）/无序层/晶体壳（二氧化钛）特殊核壳结构。这个双壳结构增加了载流子浓度，有效的促进了光生电子空穴对的分离，并且有极好的光催化分解水和光电催化分解水(PEC)的性能。