随着地球能源危机的加剧,光催化分解水制氢技术被认为是解决全球能源问题的有效途径。光催化剂是光催化制氢反应的基础。传统的金属基半导体光催化剂存在成本高、制备工艺复杂、光转化能力差等问题。因此,研究人员将注意力转移到非金属基光催化剂上,目前已开发出一系列非金属基光催化材料,如硅、硼、硫和红磷基光催化剂。作为一种新型的半导体材料,黑磷（BP）是一种自然带隙为0.3-2 eV的二维材料,在紫外-可见光照射下可水解制氢,具有优异的光学、电学、热学和机械性能,在光学领域具有广泛的应用。在已报道的所有非金属基光催化剂中,BP被认为是一种十分有前景的材料。本论文从研究黑磷多晶体的制备和光催化应用出发,制备了不同的黑磷基复合材料,来提高黑磷作为光催化剂基体的产氢性能。具体研究如下:1.利用黑磷多晶体纳米片作为光催化反应剂在紫外-可见光照射下产生氢气。采用一步水热法制备了黑磷多晶体纳米材料。光催化性能分析表明,黑磷纳米材料具有较高的光催化活性和电子传输能力,其高效的光催化制氢能力是由于黑磷纳米片的层状多晶体结构。实验结果表明,较块状红磷（RP）单体几乎为0的光催化产氢速率,黑磷多晶体的产氢速率达到了290.2 umolh^-1g^-1。证明了黑磷纳米材料具有良好的光催化性能和优异的化学稳定性,可以替代传统光催化剂并开发一种低成本、稳定、高效的新型光催化基体。2.研究了一种助催化剂并将其负载在黑磷纳米片上进行光催化产氢应用,通过高温水热法制备出分散均匀的二氧化钛（TiO₂）纳米球,并将其与块体红磷共同水热还原,最终制备出BP-TiF₃复合材料。实验前期,对比了BP与BP-TiF₃器件的光催化性能,研究发现,较基体黑磷而言,BP-TiF₃表现出较高的产氢速率,其原因主要是形成的助催化剂TiF₃吸引了大量的表面电荷,加速了电子空穴的分离速率,同时增强了电子还原能力。通过实验结果发现,TiO₂掺杂量为0.1g时,该复合材料的产氢速率达到最大值,为612.0 umolh^-1g^-1,所以表现出良好的光催化性能和优异的稳定性。BP-TiF₃复合材料在紫外-可见光照射4小时后其光催化产氢速率明显高于单体BP(290.2 umolh^-1g^-1)与单体TiO₂(283.9 umolh^-1g^-1)。该研究说明BP-TiF₃复合材料比单体材料具有更大的应用潜力,同时也提供了一种简便制备助催化剂的新思路。3.选取黑磷多晶体与二硫化钼纳米片为基体,首先通过液体超声剥离法制得二硫化钼纳米片,之后通过一步水热法制备了黑磷-二硫化钼（BP-MoS₂）复合材料。本实验构建了一种二维异质结的插层结构,有效的提高了黑磷单体的光催化性能。光催化制氢测试表明BP-MoS₂异质结与BP和MoS₂单体材料相比,具有更快的电子转移能力和更优异的光催化性能,其电化学性能的提升是由于BP与MoS₂的协同效应,并且形成的异质结能大幅度提高光生载流子的迁移速率。实验构筑BP-MoS₂异质结,单纯BP和MoS₂光催化剂,在全范围波长照射下测得其光催化产氢速率分别为575.4 umolh^-1g^-1,230.6 umolh^-1g^-1和226.9 umolh^-1g^-1,说明两种纳米片形成插层的异质结结构,其光催化性能最好。以上结论进一步证明了BP可作为光催化反应中基体光催化剂使用,使光催化剂向着高效,稳定,成本低的方向发展。