随着社会的发展,人类对能源的需求量日益增大,使用大量化石能源导致的环境污染问题日益成为制约人类发展的重要因素。开发绿色新型高效的化石能源的替代能源势在必行。氢能燃烧值高,绿色环保无污染,是理想的化石能源代替能源之一。利用太阳能在光催化体系中分解水产氢是理想的能源问题解决方案。TiO₂因其化学性质稳定,廉价易得,对生物体毒害小等优点成为了广泛应用的光催化材料。但是其带隙宽,只能吸收太阳能光谱中的紫外光,成为限制其广泛应用的关键因素。为了拓展二氧化钛材料的光谱吸收范围,科学家们进行了大量的探索。其中引入氧空位以及Ti³⁺的方法可以使TiO₂响应可见光。半导体材料作为光催化剂面临着光生载流子分离效率差,表面反应动力学缓慢的问题。构筑异质结和负载助催化剂的方法可以提升半导体的光生电荷分离效率,同时改善表面反应动力学。在水分解催化剂中,多金属氧酸盐（POMs,也叫多酸）被报道可以高效地催化水氧化和质子还原反应。近年来,多酸分子催化剂的研究从贵金属Ru、Ir、Ag向Fe、Co、Ni、Cu、Mn等廉价过渡金属取代的多酸发展。为了拓展可见光响应二氧化钛材料在光催化水分解体系中的应用,同时探索多酸作为助催化剂在半导体光催化水分解体系中的作用,我们开展了以下研究:1.使用金属钛粉为钛源,在水热条件下合成的可见光响应Ti³⁺/TiO₂作为捕光材料。使用含铁多酸Na₂₇[Fe₁₁（H₂O）₁₄（OH）₂(W₃O₁₀)₂(α-SbW₉O₃₃)₆]作为产氧助催化剂,在醋酸-醋酸钠缓冲溶液中评价了体系的产氧性能。一系列分析结果表明,加入多酸Fe 11分子助催化剂后,二氧化钛的产氧性能得到了提升。通过多种表征手段,发现这个多酸分子助催化剂在光催化产氧过程中不稳定会分解,一层无定型FeO_x物种沉积到了Ti³⁺/TiO₂的表面。这层无定型物种通过减小体系的电荷传递阻抗和促进电子空穴分离改善了Ti³⁺/TiO₂的产氧性能。由多酸分子催化剂原位沉积产生的无定型FeO_x膜比由简单无机盐FeCl₃沉积产生的材料能够更好地促进Ti³⁺/TiO₂的产氧性能。复合催化剂F/Ti³⁺/TiO₂产氧活性的提升应该是提高的电荷分离效率和加速的表面反应动力学的综合作用结果。2.我们使用低价态的TiH₂作为钛源,以H₂O₂作为氧化剂,使用常温搅拌和惰性气体保护下高温处理的方法合成了锐钛矿TiO_2-x。该材料因为氧空位和三价钛的存在可以实现对可见光的响应。当应用于Na₂S和Na₂SO₃为牺牲剂的产氢体系时,TiO_2-x表现出一定的产氢活性。三元硫化物ZnIn₂S₄层状材料带隙较小,可以吸收可见光,且其纳米片状的形貌有利于光生电子和空穴的分离。当考察形成了异质结的ZnIn₂S₄/TiO_2-x复合物的光催化产氢时,发现TiO_2-x的产氢活性得到了极大的提升。扫描和透射电镜测试发现TiO_2-x纳米颗粒镶嵌在ZnIn₂S₄纳米片中,二者之间紧密的接触有利于电子的传输。固体紫外和莫特-肖特基测试得到的能带排布结果表明,当两种材料被光激发后,异质结的存在会使电子向TiO_2-x传递,空穴会向ZnIn₂S₄传递。这样定向的电荷传递有利于实现更高效的光催化过程。ZnIn₂S₄与TiO_2-x的复合材料产氢性能的提升可以总结为扩展的吸光范围和更高效的电荷传递过程。该工作为设计、构筑高效的光催化水分解催化剂提供了一定思路与借鉴。