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随着传统化石能源的日益消耗,寻找新型能源已经迫在眉睫。氢气,作为一种清洁能源已经备受学者们的关注,而如何有效利用水分解产氢已经成为研究的热点,利用半导体光催化产氢正是一条高效便捷的途径。而常用的半导体材料如TiO2等大多存在光能利用率不高和光生电子空穴复合较快两大问题,严重制约着半导体材料光催化产氢性能。为此,具有可见光响应窄带隙的半导体如CdS被用来与TiO2进行复合,能有效解决以上两个问题。中空介孔结构作为光催化剂不仅具有高的比表面积,很多的空隙,便于分子的扩散与传输;而且内部空腔更有利于光的多次反射,可有效提高光能利用率。基于上述中空介孔结构的优点,本论文开展了以下工作:1、CdS@TiO2@Au中空介孔微球的制备及其光催化性能的研究:首先,利用无皂乳液聚合获得表面富含羧基的PS微球作为聚合物模板,通过反应吸附CdS纳米粒子,并煅烧获得中空介孔CdS微球;再通过溶剂热法在中空CdS微球表面包裹一层绒毛状的TiO2,得到双壳中空介孔CdS@TiO2微球;最后,利用γ-射线辐射还原法,在CdS@TiO2表面原位沉积Au纳米粒子,从而获得中空介孔CdS@TiO2@Au微球复合光催化剂。分别将中空介孔CdS@Ti02和CdS@TiO2@Au微球应用于光催化降解染料和光催化产氢,结果与中空介孔CdS微球相比,其光催化性能和循环稳定性都有了很大的提升。CdS@TiO2@Au的产氢速率最大达到了 1720 μmol·g-1·h-1,分别是CdS@TiO2和CdS的2.37倍和12.7倍;并且经过五次循环之后,稳定性还很好。该结构良好的产氢性能归功于中空结构和绒毛状的TiO2层优异的光吸收效率,以及TiO2复合抑制CdS的光腐蚀效应,加之Au纳米粒子的电子捕获作用和光敏效应,使得光生电子和空穴得到有效分离,极大提高了光催化活性。2、中空CdS/PANI复合光催化剂的制备及其光催化性能研究:基于中空介孔CdS微球,利用苯胺在微球表面的氧化聚合,制备了形貌和结构良好的中空CdS/PANI复合微球光催化剂。通过调控CdS和苯胺的配比,得到不同形貌的复合结构,利用TEM、XRD、FTIR和UV-visDRS等手段对催化剂进行了表征,并在可见光照射下进行光催化产氢,评估其光催化活性。结果显示,与中空CdS微球相比,中空CdS/PANI复合微球光催化剂表现出更好的光催化活性和循环稳定性,产氢速率最高可达328 μmol·g-1·h-1,比单一的CdS光催化剂提升了 2.1倍(157 μmol·g-1 h-1)。经过五次循环实验,中空CdS/PANI复合微球的光催化活性几乎没有下降。这可能是因为PANI的引入,使得光生空穴转移到了 PANI上,而光生电子留在CdS表面催化产氢。这一方面抑制了 CdS在光催化过程中的光腐蚀效应,另一方面也使光生电子-空穴对得到有效分离,进而提升了其光催化活性和循环稳定性。