化石燃料的使用给社会发展带来的能源和环境问题日益严峻。利用太阳能制取氢气,是从根本上解决能源危机的一条可能途径。自从1972年“Honda-Fujishima”效应的发现以来,光催化分解水技术备受关注,其中又以实现可见光下完全分解水技术最为关键。构建模拟自然光合作用的“Z型反应”体系,能有效地扩展现有的光催化材料体系,为利用可见光实现廉价、高效、稳定的完全分解水提供了更加广阔的前景。本文以SrTiO₃和BiVO₄材料构建了Z型光催化反应体系,研究了其中的常见因素如牺牲剂体系、助催化剂、pH值等对体系性能的影响。研究发现:在IO₃^-离子牺牲剂溶液中,助催化剂的负载能有效的提高BiVO₄的产氧性能,尤其是负载Co₃O₄后,能将BiVO₄的产氧活性提高1倍;另一方面,在Fe³⁺离子牺牲剂中,BiVO₄的性能几乎不受助催化剂的影响;SrTiO₃的性能则与氧化还原对的种类和反应液体的pH值有关。基于以上两个半反应,构建了以Co₃O₄/BiVO₄作为产氧端和Pt/SrTiO₃作为产氢端、I^-/IO₃^-离子对为氧化还原对的Z型反应体系,其性能较BiVO₄/SrTiO₃ Z型反应体系提高了约一倍。论文将新型光催化材料g-C₃N₄应用于Z型反应中,发现仅仅通过调节pH的方式不足以匹配氮化碳与钒酸铋之间的氧化还原能力。在g-C₃N₄中掺杂Zn元素后才得到以此为产氢端、BiVO₄为产氧端、Fe²⁺/Fe³⁺为电子传输介质的Z型光催化体系。该体系在12小时的持续反应中保持了完全分解水,即产氢量与产氧量的比值为2。通过不同的负载方法以及表征手段对Zn元素掺杂进行研究,分析发现Zn元素以Zn-N键的形式进入到g-C₃N₄的框架中,随着掺杂方式的不同和掺杂浓度的变化,Zn元素对g-C₃N₄表面三嗪环结构和层间结构的影响也不同,从而改变了g-C₃N₄材料的光催化活性。利用太阳能电池产生的偏压电解水是实现太阳能产氢的另一种方式。本文设计并制作了用于前期研究的实验装置。通过优选电极材料、设置电解槽串联、增加电极面积等手段,能将实验装置的工作点调节至最佳位置。初步测试表明该装置的STH效率为3%,最高时可达6%。综上所述,本论文实现了多种Z系的构建并制作了直接利用太阳能产氢的实验装置。在研究相关课题中得到的一些经验和结论将为进一步研究工作起到借鉴作用。