能源是为人类提供能量的物质或物质运动,是人类活动的基础及人类社会发展的物质前提。与传统化石能源（如煤、石油）燃烧后造成环境污染相比,氢能是一种清洁能源,氢气可以从水中获得,完全燃烧后的产物是水,不会对环境造成任何污染,是世界上最干净的能源。半导体光催化是目前最理想的光解水制氢途径,而开发高效的光催化材料是半导体光催化的关键。传统TiO₂光催化剂和钙钛矿型光催化剂是目前的研究热点。本文以钙钛矿型光催化剂Sr₃Ti₂O₇和传统光催化剂TiO₂作为研究对象。具体内容如下:（1）使用聚合合成法（Polymerized Complex Method,PCM）制备组分化学计量比可控的多金属氧化物Sr₃Ti₂O₇作为光催化剂,进而负载不同质量比的Cu离子,制成ωCu/Sr₃Ti₂O₇催化剂（ω为质量百分比）,以超纯水和甲醇牺牲剂体系的光催化分解水反应为探针,通过检测氢气生成速率来评价催化剂的光催化性能,并借助光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）分析、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等手段对催化剂进行了表征。实验结果表明,Cu离子在催化剂中以多价态存在,Cu⁺和吸附氧有利于光生电子的转移。ωCu/Sr₃Ti₂O₇催化剂较之纯Sr₃Ti₂O₇催化剂活性大大提高,采用气相色谱对产氢速率进行检测,发现Cu离子最佳负载量为1.5%时,产氢速率可稳定在550-600μmol·h^-1。H₂预还原后的1.5%Cu/Sr₃Ti₂O₇催化剂产氢速率最高可达1140.8μmol·h^-1,约为已报道的NiO/Sr₃Ti₂O₇催化剂产氢速率164μmol·h^-1的7倍。本实验创新之处是:首次将具有多价态的过渡金属Cu(Cu⁺、Cu²⁺)离子负载在钙钛矿型催化剂上,找到最佳Cu离子负载量,大大提高了光催化剂性能,并运用了多价态Cu离子负载能起到协同分离迁移载流子解释了这一现象,同时给出了反应式,并通过XPS测试Cu⁺和吸附氧的含量证明了反应式的合理性。另外,选用同主族元素Ag离子负载在Sr₃Ti₂O₇上,考察Cu、Ag离子负载后的催化剂活性,发现1.5%Cu/Sr₃Ti₂O₇光催化分解水的最大产氢速率是1.5%Ag/Sr₃Ti₂O₇最大产氢速率的35.5倍。（2）使用溶胶-凝胶法,非离子型表面活性剂EO₂₀PO₇₀EO₂₀（P123）为模板剂、钛酸丁脂为钛源、稀土金属氧化物La₂O₃为促进剂,用温和的方式去除模板剂,即溶剂洗脱模板剂的方式,在低温下合成介孔锐钛矿相TiO₂。在钛酸丁脂量确定的前提下,改变模板剂和促进剂的量,能控制孔结构的有序性,改变催化剂的比表面积大小。XRD,BET,IR和HRTEM等表征表明,La₂O₃的掺杂量对TiO₂锐钛矿相的形成具有明显影响,当La₂O₃掺杂量为0.1%（摩尔分数）时,合成的TiO₂锐钛矿相晶型最好,且为介孔结构,孔径大小均一,比表面积达到367.7 m²·g^-1。本实验创新之处是在制备介孔TiO₂的过程中引入稀土元素La,掺杂La₂O₃后,TiO₂的骨架强度增大,结构稳定性得到提高,同时,适量掺杂能促进锐钛矿相的形成,尤其是溶剂洗脱模板剂的同时,得到明显的锐钛矿晶型。研究La₂O₃对介孔TiO₂的结构、晶型、催化性能的影响。两组实验均确定了改性催化剂最适宜的过渡金属Cu离子或稀土金属氧化物La₂O₃的添加量。