氢气作为一种能源载体，具有很多优点。利用太阳能光催化分解水制氢，大规模的收集太阳能，转化为氢的化学能，是解决太阳能存储、运输和高效利用的一条重要途径。迄今为止，已有不少关于可见光区域吸收性能较好的光催化剂的报道，但是大部分光催化剂的可见光产氢活性离现实需求仍有很大差距。那么，为什么有较强可见光吸收的光催化剂却不具有高效的光催化产氢活性？分析认为这主要与光催化分解水产氢过程中光生电子与空穴的分离和复合这两个过程的相互竞争有关。因此，如何强化光生电子与空穴的分离、或抑制其复合，就成为提高光催化剂产氢活性的关键所在。　　本文从强化分离光生电荷以提高光催化活性的观点出发，通过掺杂、复合等改性手段以及对合成条件的优化调控，对催化剂晶体表面和内部分子结构、形貌和不同尺度进行调控，对光生电子迁移特性、催化剂晶体上活性元素的离子键态、活性位点等进行改进，在促使光生电子与空穴有效分离、提高光催化剂的可见光产氢活性等方面作了有益的探索和验证。本文立足于光生电荷强化分离，从理论和实验两方面分析和验证了相关催化剂设计和改性方式对提高光催化产氢活性的可行性和理论导向作用。主要研究内容及结论如下：　　首先，本文选择具有高比表面积和纳米孔壁的中孔分子筛MCM-41作为改性对象，对其进行单金属(Cr)掺杂和双金属(Cr,Ti)共掺杂改性。Cr掺杂在MCM-41骨架结构中形成[Cr6+-O2-]单金属活性中心，实现了MCM-41的可见光响应及可见光催化产氢；Cr,Ti共掺杂则在MCM-41骨架中形成了具有氧桥结构的[Cr3+-O-Ti4+]双金属活性中心，受可见光激发后，电子从Cr3+通过氧桥(-O-)传递至Ti4+，形成[Cr4+-O-Ti3+]*激发态，与Cr掺杂MCM-41相比，Cr,Ti共掺杂MCM-41具有更高的可见光催化产氢活性。这验证了单或双金属活性中心的形成都有利于可见光催化产氢，而氧桥结构的存在也可以有效地抑制光生电荷的复合。但由于过量金属离子掺杂会破坏MCM-41的中孔结构和纳米孔壁，不利于光生电荷的迁移和分离，同时光催化活性位的数量受到MCM-41掺杂容量的严格限制，从而导致Cr掺杂MCM-41和Cr,Ti共掺杂MCM-41的光催化产氢能力仍处于较低水平。由此可见，高效可见光催化剂的开发必须以光催化剂内部能产生大量光生电荷为前提，在有大量光生电荷产生的前提下，强化光生电荷与空穴的分离才能更见成效。因此，为了进一步提高中孔分子筛光催化剂的产氢活性，有必要寻找其它的改性方式取代掺杂改性，以避免分子筛骨架低掺杂容量对光催化产氢活性提高的限制。　　其次，为避免前章工作中光催化活性受分子筛骨架掺杂容量限制的负面影响，本文尝试对中孔分子筛进行窄带隙半导体复合改性，实现了电子空穴在复合半导体的有效分离，同时避免了光催化活性受分子筛骨架掺杂容量限制的负面因素。通过离子交换和硫化两步法，将窄带隙半导体（CdS和In2S3）封装进入Ti-MCM-41的中孔孔道中，考察了复合半导体的光催化产氢活性。研究结果表明，和体相硫化物相比，复合半导体的光催化产氢活性和稳定性均有了明显的提高，其中CdS/Ti-MCM-41在420nm处的量子效率为2.6％。通过窄带隙硫化物半导体和Ti-MCM-41的复合，光生电子从硫化物的导带传输至Ti-MCM-41的[Ti4+-O2-]活性位，而光生空穴则留在硫化物价带，从而实现了光生电荷的强化分离。　　继而，本文从优化设计ZnIn2S4的水热合成条件入手，继续探索对光催化剂晶体微观结构进行有效的微观调控，以达到通过控制晶体微观结构进一步促进电荷分离的目的。研究结果表明，水热合成过程中加入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）可以有效地提高ZnIn2S4的光催化产氢活性；进一步对CTAB加入量和水热时间进行优化，发现这两个因素对晶体微观结构和光催化活性均有着明显的影响。因此，本文通过深入分析考察晶体微观结构和光催化活性之间的关系，揭示了光催化活性和微观晶体结构畸变之间的高度相关性。ZnIn2S4的d(001)越大，[ZnS4]和[InS4]四面体结构的畸变程度越高，由偶极距引起的内场电势增加，可以有效地促进光生电子与空穴的分离，大大提高了光催化产氢活性。经过合成条件优化后，ZnIn2S4在420nm处的量子效率可达15%以上。这些研究结果表明，通过对光催化剂晶体结构的微观调控，可以实现光生电荷的强化分离，从而制备出高活性的可见光产氢光催化剂。　　最后，在对光生电子与空穴强化分离的基础上，本文进一步探索研究了对ZnIn2S4进行金属离子掺杂改性的影响，寻找进一步扩展催化剂的可见光响应区间、提高其产氢活性的有效途径。实验结果表明，Cu2+掺杂可以大幅提高ZnIn2S4的光催化活性，而Fe3+掺杂反而抑制其光催化活性，这与Cu2+和Fe3+掺杂在ZnIn2S4禁带区域形成不同的掺杂能级有关。对Cu2+掺杂量进行优化，发现最佳Cu2+掺杂量为0.5wt%，此时Cu-ZnIn2S4的可见光产氢速率为151.5μmol·h-1，在420nm处的量子效率约为14.2%。通过对Cu2+掺杂ZnIn2S4光催化剂的光学性质的深入研究，首次揭示了Cu2+掺杂量-荧光强度-光催化活性三者之间的内在联系。该研究结果表明，离子掺杂仍是提高光催化活性的有效手段之一。