本论文以含有廉价过渡金属的多金属氧酸盐及金属氧化物在光催化诱导分解水制氧气中的研究为切入点,设计构建了基于过硫酸钠为电子受体和三联吡啶钌为光敏剂和多金属氧酸盐及金属氧化物为催化剂的光催化水氧化制氧气体系,系统地研究了催化剂在催化过程中的作用机制,取得了如下创新性成果:1.含有廉价过渡金属的多金属氧酸盐光催化水氧化的研究我们首次合成了含有十一个铁的多金属氧酸盐Na₂₇[Fe₁₁（H₂O）₁₄（OH）₂(W₃O₁₀)₂(α-SbW₉O₃₃)₆],在可见光照射下用它作为催化剂,以[Ru（bpy）₃]（ClO₄）₂为光敏剂,Na₂S₂O₈为牺牲电子受体催化了水的氧化反应。Na₂₇[Fe₁₁（H₂O）₁₄（OH）₂(W₃O₁₀)₂(α-SbW₉O₃₃)₆]是第一例含铁的多金属氧酸盐作为光催化水氧化的催化剂。反应的转化数最高可达1815,初始量子产率和初始转化频率分别为47%和6.3s-1。据我们所知,这些值都可比于目前文献报道的最好的均相光催化水氧化催化剂的数值。通过红外光谱、动态光散射、电泳实验证明了该催化剂在反应过程中是主要的活性物种。通过闪光光解实验证明随着催化剂浓度的增加对[Ru（bpy）₃]³⁺的空穴清除能力也随之增加。2.含有廉价过渡金属的金属氧化物光催化水氧化的研究以三联吡啶钌为光敏剂,过硫酸钠为电子受体,金属氧化物为催化剂,构建了高效、可见光响应的光敏剂/电子受体/金属氧化物三元光催化水氧化体系。研究了催化剂的结构、光敏剂与催化剂的相互作用等因素对光催化产氧效率的影响。在对体系结构表征的基础上,通过产氧反应动力学和稳定性的研究,优化了光敏剂、催化剂和牺牲电子受体的最佳组合方式。利用电化学和光谱分析深入讨论了水氧化反应的作用机制和光催化产氧机理,主要工作包括:（1）成功合成了花状的三维CuO微球并用来作为光催化水氧化催化剂。采用扫描电镜、透射电镜、红外光谱、X射线粉末衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱对CuO样品的物相、元素组成及颗粒大小等进行了表征。这是首次报道的在近中性条件下CuO微球用作光催化水氧化催化剂。在硼酸缓冲溶液（pH=8.5）中CuO显示了最优的催化活性,O₂收率为11.5%。X射线光电子能谱（XPS）等表征手段证明反应前后催化剂的表面性质未发生明显变化。根据电化学实验以及前人报道,我们初步提出了一个光催化水氧化反应机理。（2）通过Cu²⁺和Fe³⁺在碱性条件下共沉淀煅烧得到CuFe₂O₄。在可见光照射下,CuFe₂O₄被用作光催化水氧化催化剂,[Ru（bpy）₃]Cl₂被用作光敏剂,Na₂S₂O₈被用作牺牲电子受体。获得了较高的表观转化频率（TOF=1.2μmols-1m-2）和氧气收率（72.8%）。目前报道的含铜多相光催化水氧化体系中,这个表观的TOF值是最大的。反应后的CuFe₂O₄由于有铁磁性很容易从反应溶液中分离出来,并且回收的催化剂在循环5次后催化活性没有明显的降低。X射线光电子能谱等表征手段对反应前后的催化剂的测试表明,回收催化剂的表面会有少量Cu的流失,但是通过循环实验证明Cu的流失不会影响催化剂的循环使用效果。（3）我们通过控制反应物的温度和比例,成功合成了三种不同形貌的NiO纳米棒、纳米线、纳米片。采用扫描电镜、X射线粉末衍射、红外、拉曼、透射电镜、X射线光电子能谱等对催化剂的形貌和组成进行了表征。使用NiO作为催化剂以及[Ru（bpy）3]Cl2和Na₂S₂O₈作为光敏剂和牺牲电子受体,通过可见光照来分解水制取氧气。所有的NiO催化剂都表现出较高的起始转化频率,在弱碱性条件下催化剂都展现出很好的稳定性。通过循环伏安实验将在0.95Vvs.Ag/AgCl位置出现的峰归属于Ni³⁺,高价的镍物种可能是氧化水的活性物种。尽管催化剂的形貌不同,但是比表面积在同一水平的情况下,催化剂都表现出了相似的水氧化活性。我们又合成了比表面积比较大的NiO,水氧化活性会有所增加。所以在我们的体系中,影响NiO催化活性的主要因素是比表面积的大小。（4）成功合成了花状的不含贵金属的核壳结构γ-Fe₂O₃@NiO。在[Ru（bpy）3]（ClO₄）₂和Na₂S₂O₈分别被用作光敏剂和牺牲电子受体的体系中,γ-Fe₂O₃@NiO首次用作光催化水氧化催化剂。在最优的条件下0.29μmols-1m-2的表观转化频率和51%的氧气收率被得到。γ-Fe₂O₃@NiO通过磁性分离很容易从反应溶液中分离出来,回收的催化剂在循环5轮之后还能保持很好的催化活性。通过X射线粉末衍射、透射电镜、X射线光电子能谱表征证明催化反应后的γ-Fe₂O₃@NiO表面没发生变化。