自然界中存在大量复杂、高度功能化的生物矿物材料如贝壳、珍珠、牙齿、骨骼等，其中很多事非常普通的无机矿物材料。由于这些矿物材料的特殊性能和有趣形貌，吸引了越来越多课题小组来研究其形成机理，并在纳米材料的合成过程中添加生物分子作辅助，尝试合成形貌可控、结构特殊并且具有独特性质的材料。近年来，通过化学方法以零维、一维等低维度纳米材料来构筑复杂的多维、多级纳米结构这方面的重要进展。具有这类结构的材料往往表现出与常规材料不同的电学、磁学、光学、热学和力学等性质，为深入设计和研究新型纳米器件提供了理论基础和实验条件。　　 环境和能源是21世纪人类面临和亟待解决的重大问题。随着人们对环境和能源问题的关注，光催化技术及其材料的开发逐渐成为材料学及催化科学研究的热点。目前人们开发的半导体光催化剂大部分是宽带隙半导体，只在紫外光范围内有响应。紫外光只占太阳光能量的4％，而最大的太阳光强度在500nm附近，可见光占太阳光能量的43％。如何尽可能提高宽带隙半导体在紫外光区的光催化活性，以及如何充分有效的利用可见光是目前急需解决的问题。　　 在此背景下，本论文利用水热法合成路线，在生物分子明胶的辅助下合成了ZnS、CdS、Fe2O3半导体光催化材料，并以ZnS为前驱体，通过简单的退火法合成出ZnO半导体光催化材料。探索制备条件、合成工艺、形貌调控、能带结构与产品的结构变化和光催化性能之间的关系，其内容主要包括以下几个方面：　　 (1)以L-半胱氨酸为硫源，在明胶辅助下采用水热法合成了ZnS微米球，研究了水热参数如反应时间、反应温度、明胶质量、L-半胱氨酸质量和硫源种类对ZnS结构和形貌的影响，通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)，紫外光谱(UV-vis)和红外光谱(IR)的表征，阐述了形貌的形成机理。光催化性能研究表明该化合物是一种优良的紫外光光催化剂，比较了产物形貌和尺寸对光催化性能的影响，并利用荧光性能解释了其中的机理　　 (2)以ZnS微米球为前驱体，在空气气氛中退火，得到了ZnO多孔球。对退火温度，退火时间对产物结构和形貌的影响进行了探讨，并讨论了ZnO多孔球的形成机理。通过氮吸附实验测试了ZnS微米球与ZnO多孔球的吸附性能和比表面积。光催化实验表明，ZnO多孔球具有比ZnS微米球和DegussaP25TiO2更好的光催化效果。　　 (3)以L-半胱氨酸为硫源，在明胶辅助下采用水热法合成了CdS纳米球，研究了水热参数如反应时间、反应温度、明胶质量、L-半胱氨酸和硫源种类对CdS纳米球结构和形貌的影响。光催化性能研究表明，CdS纳米结构具有优异的可见光光催化效果并解释了其中的机理。测试了CdS纳米结构的比表面积，利用积分球法计算了CdS纳米结构的带隙。　　 (4)在明胶的辅助下，采用水热方法低温合成了Fe2O3纳米球，并探讨了反应时间和明胶质量对产物形貌和结构的影响，研究了Fe2O3纳米结构的形成机理。利用积分球法计算了Fe2O3纳米球的吸收边和带隙。光催化结果表明，Fe2O3纳米球在可见光照射下具有一定的光催化能力，而加入0.5毫升H2O2与Fe2O3纳米球组成Fenton试剂后，其光催化效果大大增强，显示了Fe2O3纳米球在水处理方面巨大的应用潜力。