染料敏化太阳能电池和光电催化技术作为利用太阳能的关键手段,能够将地球上最丰富的太阳能转化为电能和氢能等清洁能源,为缓解环境污染和能源危机两大难题提供了可能性。半导体电极材料的优劣是决定其太阳能催化/转化性能的关键。国内外学者围绕开发设计性能优异的光电催化/转化用半导体材料开展了大量研究工作,并取得了积极进展。但是,有效提升光电催化/转化性能的技术方法和理论基础仍有待于全面发掘与深入揭示,从实验室推向于工业化规模应用仍有很大距离。因此,设计和构筑性能优异的半导体材料是光电催化/转化领域研究的重要内容。二氧化钛（TiO2）和二氧化锡（SnO2）是两种极具潜力的光电催化/转化用半导体材料,具有结构稳定和地球储量丰富的特点,但二者较大的光学带隙和缓慢的表面催化反应动力学限制了其光电催化/转化性能的发挥。本研究主要围绕高性能TiO2和SnO2基半导体材料的结构设计、可控制备、性能与机理中涉及的基础科学问题展开,旨在提升TiO2和SnO2基复合半导体材料的光电催化/转化性能,丰富提升光电催化/转化性能的技术方法和理论基础。主要创新性研究内容与结果包括以下几点:（1）采用溶剂热和原位还原两步法获得了形貌均匀的Au/TiO2复合空心亚微米球。贵金属Au的等离子体增强效应有利于增强TiO2对可见光的利用率,而TiO2的中空结构具有优异的光散射效应。受益于Au与空心结构的协同作用,基于该复合材料的染料敏化太阳能电池展现了优异的光电转换性能。在标准AM1.5G太阳光(100 mW cm-2)照射下,器件的光电转换效率高达7.3%,与基于P25 TiO2的器件相比,提高了37.7%。（2）通过简便的两步水热法,在FTO导电基底上制备了TiO2/NiTiO3复合纳米棒阵列,结果表明复合物具有核壳结构。这种独特的三维有序阵列异质结构有效拓宽了TiO2的光谱响应范围,促进了光生载流子的分离与传输、加快了电解液离子的扩散速率。在标准AM1.5G太阳光(100 mW cm-2)照射下,TiO2/NiTiO3展现出明显优于TiO2的光电转换效率和填充因子。除此之外,与有机染料N719敏化的TiO2太阳能电池相比,TiO2/NiTiO3具有优异的结构稳定性。（3）利用简便的水热-氮化工艺,制备了具有纳米棒阵列结构的中空微米纤维TiN/N-TiO2编织布。氮掺杂、金属性质TiN的等离子体增强效应和纤维中空结构的光散射特性显著提高了太阳光利用率;氨气氛围处理有利于增强材料的导电性,从而提升电荷分离/传输效率;丰富的氧缺陷为表面催化反应提供活性位点,增强了水氧化反应动力学。在太阳光(100 mW cm-2)照射下,分级结构TiN/N-TiO2自支撑电极的光电流密度高达3.12 mA cm-2（1.23 V vs.RHE）,并且测试10 h后光电流密度无明显衰减;此外,在不使用任何空穴牺牲剂和辅助催化剂的情况下,TiN/N-TiO2展现了出色的可见光驱动光电催化性能(1.63 mA cm-2)。（4）采用静电纺丝和氢气还原处理工艺制备了具有豆荚状结构的Sn/SnO2-x复合纳米管。非贵金属Sn的等离子体增强效应大幅提升了异质结构的可见光利用率;Sn和SnO2-x间形成的肖特基结有利于促进载流子分离;同时引入的氧空位则有利于加速表面催化反应动力学。受益于纳米管状结构以及金属Sn和氧缺陷组分间的协同作用,该材料显著提升了光电催化活性。在模拟太阳光(100 mW cm-2)照射下,外加偏压1.23 V vs.RHE时,光电流密度为245μA cm-2,是纯SnO2光电极的四倍。