在半导体光催化反应中,光激发产生电子和空穴的有效分离和迁移是提高光催化效率的关键问题。科学家们为解决光催化中电子和空穴的分离这一核心科学问题进行了不懈努力,如构筑异质结、p-n结、异相结和晶面间电荷分离等来实现。本论文主要围绕具有等同晶面和不等同晶面的半导体作为研究对象,主要研究了具有等同晶面和不等同晶面的半导体电荷分离情况以及光催化活性,取得了以下主要结果:(1)选择了具有等同晶面的立方体形貌的NaTaO3半导体光催化剂作为研究模型,发现其立方体表面均能够发生光还原金属和光氧化金属氧化物反应,说明在同一晶面上电子和空穴的反应位点均存在。随后研究了在光催化分解水的过程中,同一晶面上电子和空穴如何分离,参与水分解反应。论文选用Ni O作为助催化剂,部分NiO在光催化过程中被电子原位还原为金属Ni作为还原助催化剂,发生质子还原反应,而NiO作为氧化助催化剂,发生氧化水反应。即在等同晶面条件下,光生电子和空穴是在Ni和NiO双助催化剂上得到分离,从而实现分解水反应。(2)半导体光催化剂的不等同晶面上电荷分离研究探索。合成了具有不同(110)和(111)晶面比例暴露的金红石相TiO2,以此为模型研究了不同晶面之间的电荷分离现象。实验探索认为金红石相TiO2(110)和(111)晶面本质上是有差别的,这种差别使得在光沉积中光生电子和空穴向不同的面迁移,使得金属选择性沉积在(110)面上。进一步实验研究表明在光催化产氢反应中,金属助催化剂选择性沉积在(110)面的金红石TiO2相对于金属助催化剂在(110)和(111)均存在时显示出更高的活性。实验结果表明空间上的电荷分离效应对于有效地构筑光催化体系有着非常重要的意义。(3)探索选择性沉积双助催化剂构建晶体基人工光合成体系的可行性。本论文选择了能够实现分解水的层状钙钛矿材料BaLa4Ti4O15,选择性在其正面和侧面上构筑还原和氧化助催化剂,探索其是否能够有效提高分解水活性。初步实验表明能够选择性构筑双助催化剂在特定的晶面上,但是不能有效提高光催化分解水效率。本论文的另外一部分工作是探讨了PdAg合金核壳结构金纳米棒的可控合成,光学性质以及电化学性质的研究。