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半导体光催化技术被认为是在应对能源与环境问题的策略中,一种具有良好潜力的技术。TiO2纳米光催化材料由于具备高效无毒、稳定性好、成本低廉等优势,一直受到研究者的广泛关注。然而受制于较宽的带隙和较低的光生载流子分离效率,其应用受到了诸多限制。宏观上表现为光催化剂对可见光吸收能力差,以及光催化效率低下,这使得其应用受到了较大局限。本论文基于对相关文献的充分调研,以氧化镍/二氧化钛纳米片（Ni-TNSs）异质结为主体,在二元异质结的基础上,通过三元复合所具有的协同效应,实现对异质结可见光催化性能的改善。通过实验,对材料的结构与光电性能进行了表征与测试。分析了不同的三元复合异质结在光催化分解水制氢、吸附与光催化降解、光电化学传感检测与压电催化等领域的相关应用。本文的研究主要分为以下几个部分:（1）氧化镍/二氧化钛纳米片二元异质结（Ni-TNSs）的制备及光催化性能研究。通过水热法制备了纳米氧化镍（NixOy）负载的二氧化钛纳米片基异质结Ni-TNSs。构筑的异质结为表面分散型,具有较高的比表面积（270～350 m2/g）。构筑的NixOy/TNSs异质结能够有效地改善TNSs的光电性能,提高光生电子-空穴对的分离效率。3.0%-Ni-TNSs（Ni/Ti原子比为3.0%）的表面光电流值达到0.296 μA,是TNSs（0.038 μA）的7.79倍。讨论了不同复合比例对光催化活性的影响,当复合比例为3.0 at.%时异质结具有最高的光催化活性。其对目标污染物罗丹明B（RhB）和亚甲基蓝（MB）的可见光催化降解效率都有明显的提升,降解罗丹明B的反应速率常数（Kapp）为34.856×10-3·min-1,是TNSs的7.07倍（4.933×10-3·min-1）,是P25的12.09倍（2.882×10-3·min-1）。然而,受制于光吸收能力和载流子复合率等因素,二元异质结的光催化活性仍有一定提升空间。（2）负载类金属助催化剂NiS的三元异质结NiS/Ni-TNSs的合成及光催化分解水制氢性能研究。使用水热法以二元异质结Ni-TNSs为基体,合成三元异质结NiS/Ni-TNSs。通过对不同NiS负载量的三元异质结进行表征与测试,结果表明,20%NiS/Ni-TNSs具有最高的表面光电流（3.0×10-8A）、最低的极化阻抗（546.01 Ω）、最负的平带电位（-1.33 V）和最大的开路光电位（5.8 mV）。NiS/Ni-TNSs能够在可见光照射下,以三乙醇胺为牺牲试剂光催化分解水产生氢气。相较于几乎不具备光解水能力的二元异质结Ni-TNSs与类金属NiS,三元异质结的光解水性能有所提升,体现了三元异质结的协同效应。NiS负载比为20 at.%时NiS/Ni-TNSs表现出最好的光解水析氢性能,产氢速率达到345.04 μmolh-1g-1。（3）负载多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）的三元复合光催化剂POSS/Ni-TNSs的制备、可见光催化与光电化学传感性能研究。通过两步法,先制备Ni-TNSs,再进行三元复合制备POSS/Ni-TNSs,复合后的材料能够维持二维片层的形貌与较高的比表面积（254.25 m2/g）。POSS/Ni-TNSs对有机染料结晶紫的吸附符合Langmuir吸附模型,具有较高的理论最大吸附容量（943.39mg/g）,是二元异质结Ni-TNSs的6.98倍。POSS/Ni-TNSs对CV的吸附过程符合准二级吸附动力学模型,主要为化学吸附。POSS/Ni-TNSs对于光催化降解RhB和光催化还原Cr（Ⅵ）均显示出良好的活性,其中对罗丹明B的降解速率是二元异质结Ni-TNSs的2.40倍,此外POSS/Ni-TNSs对RhB-Cr（Ⅵ）共存体系的催化降解表现出协同效应。对于RhB的降解,共存体系的降解速率为单一体系的4.81倍。对于Cr（Ⅵ）,共存体系的降解速率是单一体系的2.04倍。POSS/Ni-TNSs可以被用于可见光下的无酶光电化学传感检测,其对葡萄糖溶液的检测具有一定的线性范围（1.0-6.0 mM）。（4）负载MoS2的三元异质结MoS2/Ni-TNSs（MNT）的构筑、光催化、压电催化与电化学储能性能研究。通过水热法,以二元异质结Ni-TNSs为基体,制备压电材料MoS2负载的三元异质结MoS2/Ni-TNSs。三元异质结具备压电催化性能,MoS2负载量会影响材料的压电催化活性。MNT-0.2样品具有最强的压电催化活性,能在黑暗条件下依靠超声实现6 min内对20 ppm MB溶液的压电催化分解（分解率达98%）。MNT-0.2在6 min内对20 ppm的RhB溶液分解率为78%。三元异质结的压电催化与光催化之间存在协同效应,MNT-0.2样品能够在高速搅拌的水流提供机械应力时,依靠压电/光催化,实现对20 ppm的RhB溶液的高效降解,30min内降解率为73%。基于异质结内建电场与压电电场的相互作用,提出了一种压电/光催化可能的协同机制。三元异质结MNT-0.2可用于超级电容器的活性材料,其对电荷的储存机制为EDLC双电层电容器储能机制,在扫描速率为1 A/g时的比电容为39.7F/g。