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自工业革命以来,随着化石燃料的不断开采,能源紧缺与环境污染问题日益严重。利用半导体光催化技术分解水产氢以及还原CO2转化为低污染的碳氢燃料是解决能源危机和环境问题最有前景的方式之一。可见光响应的光催化材料诸如氮化钽,钒酸铋等具有高的理论太阳能转换效率,并且已被广泛应用于光催化,光电催化分解水及光催化还原CO2系统中。然而,严重的光生载流子复合现象始终制约着它们实际的光催化反应效率。本论文通过纳米单晶的表界面调控分别在氮化钽与钒酸铋基复合半导体中构造“表面电场”和“快速电子传输通道”,在避免传统无定形异质结催化体系构造中所带来的界面载流子复合位点的同时,有效地提高了二者的光生载流子的分离能力,并实现较高的光催化还原CO2与光电化学性能,这为其他光催化材料提供了新的设计思路。本文合成了 {010},{001}晶面暴露的Ta3N5长方体和晶面依赖核壳结构的BiVO4{010}-Au-Cu2O复合纳米材料,并用于光催化反应中。主要内容如下:(1)利用复合熔盐辅助方法高温氨化合成了[100]取向,并暴露{010}和{001}晶面的Ta3N5长方体。结果表明Ta3N5长方体相比[100]取向无晶面暴露的Ta3N5纳米棒以及无定形的Ta3N5颗粒表现出了优异的光催化CO2还原活性,同时制备的Co(OH)x/Ta3N5长方体光阳极的开启电势负移到0.42VRHE(Ta3N5光阳极的记录值)。结合理论计算与表征测试,结果表明,Ta3N5长方体的{001}晶面比体相以及{010}晶面拥有更高的功函数,这会在{001}晶面与体相之间形成表面电场,光生电子与空穴在电场的作用下分别迁移到{010}与{001}晶面,实现载流子的空间分离,氧化位点和还原位点分开大大提高了光催化反应的活性。(2)通过光辅助沉积法在BiVO4截角八面体的{010}晶面定向负载Au颗粒,并利用简单的溶液晶体外延生长方法在Au核外覆盖一层Cu2O,合成了基于晶面的BiVO4{010}-Au-Cu2O复合半导体光催化剂,并表现出优异的光催化CO2还原活性。分析测试表明,低功函的BiVO4{010}晶面与Au颗粒在界面处形成了肖特基结,BiVO4中的光生电子迁移到BiVO4{010}界面处通过这种肖特基结被Au捕获并与Cu2O中的光生空穴复合,分别提高了氧化位点BiVO4与还原位点Cu2O中的载流子空间分离效率。通过半导体-金属的界面设计在BiVO4基Z型复合光催化剂中构建电子快速传输通道为其他异质催化体系的设计提供了新的思路。