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现在,如何有效的转换太阳能为人类服务受到了全世界科学工作者的关注。利用太阳能发电、光催化激发电子转换CO2成为燃料,以及利用太阳能分解水是科研工作者追求的目标。近几十年来Ti02是最受关注的具有上述应用的半导体材料之一,特别是在能源和环境领域的应用。但是,Ti02是宽带隙半导体(3.2eV)只能吸收紫外光,且光生载流子的复合速率较快,降低其光催化活性。所以,我们希望通过开发不同形貌的Ti02晶体,制造表面缺陷和构造异质结构等手段,改变其电子结构,从而提高其光催化产氢性能。1)石墨相碳化氮纳米片(GCNS)通过在水中直接超声剥离块体GCN获得。在超声过程中加入TiO2纳米棒,得到Ti02与GCNS构筑的异质结复合材料。TiO2纳米棒的加入,促进了 GCNS的剥离,增加了其表面活性位点,两者构筑异质结拓展了可见光吸收率。制备的Ti02纳米棒/GCNS在可见光下光催化活性是块体GCN的3倍,是Ti02纳米棒的10倍。主要原因是复合材料具有高的电子-空穴分离与迁移率和可见光利用率。2)通过水热法制备钛酸纳米片为前驱体,通过常压H2气氛下热处理技术得到灰色Ti02纳米片,其在无贵金属助催化剂例如Pt、Pd和Au条件下,实现了优异且稳定的光催化析氢性能,而且相对于之前文献报道的高温高压H2/Ar气氛中制备Ti02性能要优异很多。主要原因是常压H2气氛下还原钛酸纳米片,得到的灰色Ti02表面具有碳层和Ti3+缺陷位,可以作为TiO2光催化分解水的活性中心,代替贵金属作为助催化剂。光生电子从Ti02内部迁移至Tj3+层,再迁移至无序的碳层;而碳层可以保护Ti3+,使其可以长期的稳定存在,保持很好的光催化产氢稳定性。3)在半导体不同晶面上空间分离负载双助催化是一种新型的高效光催化理想结构。本章我们以暴露了(001)和(101)的锐钛矿Ti02为模型,通过光沉积的方法分别在(001)和(101)晶面上负载析氢与析氧的双助催化剂,我们实验发现当Ag作为还原催化剂负载在(101)和FeOx作为氧化催化剂负载在(001)晶面上时,其具有光催化全解水性能。