半导体光催化降解有机污染物和光电催化分解水制氢是绿色能源发展的重要领域之一。三氧化钨（WO3）作为一种n型半导体材料,因其具有中等的带隙、合适的带边位置和良好的化学稳定性,在光催化领域得到广泛研究。但在光催化降解污染物中,传统WO3粉末光催化剂存在易团聚、光生载流子复合率高和体相电荷导电性差等问题,导致WO3的光催化活性较低。在光电催化分解水中,WO3光电极存在光生电子-空穴对复合率高、光生空穴氧化反应动力学缓慢、表面光腐蚀等问题,限制了其在光电催化领域中的应用。针对以上问题,本论文从WO3有序纳米薄膜光催化剂的构建出发,通过形貌调控和构筑Z型异质结,实现高效的电子传输,系统研究其形貌结构、电荷转移路径、光电性能与光催化降解活性之间的内在联系。在此基础上,通过在WO3表面构建p-n型异质结和三元杂化异质结拓宽可见光吸收范围、促进光生载流子分离和转移,提高光电催化分解水活性,揭示异质结界面调控对电荷分离效率和光电催化性能提升的机制。主要研究成果如下:1.采用一步水热法,在不添加任何附加剂或表面活性剂的条件下,仅通过调节前驱体的酸度,在导电玻璃基底上制备出了一系列不同形貌的WO3纳米阵列薄膜光催化剂。考察了盐酸添加量对WO3形貌调控的影响,分析了薄膜的成核和生长机制,并对其光催化降解亚甲基蓝进行了动力学研究。所得到的WO3薄膜均为稳定的单斜相结构,且具有较高的结晶性。其中,六边形三维WO3纳米花薄膜表现出最佳的光催化活性,降解反应速率常数为9.51×10-3 min-1,并且具有良好的稳定性。自由基捕获实验表明光生空穴是光催化降解反应中的主要活性物种。光催化活性的提高主要是由于三维分层结构提高了电荷的转移,抑制了光生电子-空穴对的重组。2.采用水热法制备了一维结构的WO3纳米棒阵列,利用电沉积技术将Cu2O纳米颗粒修饰在WO3纳米棒上,构建了Z-型WO3-Cu2O异质结光催化剂。分析了电沉积时间对产物形貌、结构和光催化性能的影响。在电沉积时间为120s下得到的WO3-Cu2O-120s异质结具有较高的光催化性能,反应速率常数为12.57×10-3min-1。通过自由基捕获实验和电子顺磁共振光谱测试,提出了以超氧自由基（·O2-）为主要活性物种的亚甲基蓝光降解的Z-型电荷转移机制。优异的光催化性能归因于增强的光吸收能力和异质界面载流子的有效迁移,以及Z-型异质结保留的光生电子和空穴的氧化还原电位。3.采用恒压电沉积技术和热处理法在WO3纳米棒上负载一层Cu O纳米颗粒,制备出了可见光响应的p-n型WO3-Cu O异质结光电极,用于高效光电催化分解水制氢。考察了Cu O的负载量对WO3-Cu O异质结薄膜的作用。所得的WO3-Cu O异质结扩大了材料的光吸收范围,增强了光吸收强度。在1.23V vs.RHE偏压下,WO3-Cu O-90s异质结光电极具有较高的光电流密度1.84m A?cm-2。态密度、能带结构和差分电荷密度计算结果表明,p-n型WO3-Cu O异质结可以加速界面处电子的转移,优化界面电荷的再分配。WO3-Cu O异质结的理论过电位仅为0.63V,加速水氧化反应动力学,提高光电催化分解水活性。光电催化性能的提升主要是由于p-n异质结可以改变空间电荷区电子性质,促进电子的转移,加速载流子的分离。4.通过控制WO3和Cu2O之间的界面反应,经热处理将Cu WO4纳米晶原位生长于界面处,构建了具有短距离电子传输和多级电子转移的WO3-Cu WO4-Cu O三元异质结光电极。Cu WO4和Cu O的协同作用提升电极光子吸收效率,能带结构的三元II型异质结加快界面电荷的分离,从而提高光电分解水效率。三元杂化WO3-Cu WO4-Cu O光电极具有优异的光吸收特性和高效的光电催化活性,在1.23V vs.RHE偏压下,光电流密度为2.24m A?cm-2,与WO3相比,起始电位负移110m V。构建II型WO3-Cu WO4-Cu O级联能级结构光电极,显著提高光生电子-空穴对的分离效率,有效降低光生载流子的复合,加速电极表面水氧化动力学。