作为一种清洁高效的新能源,氢能在替代传统化石燃料方面具有明显优势。充分利用光能以达到水解产氢的目的在氢能制备中具有重要意义。TiO₂作为一种半导体材料,具有稳定性好、催化效率高、反应条件温和、适用范围广等特点,因此在光催化领域受到广泛应用。当TiO₂的表面存在缺陷时,这些缺陷不仅可作为催化反应的活性位点,也可捕获光生电子,从而促进TiO₂中电子与空穴的分离。本文以超临界水热法制备的TiO₂作为催化剂前驱体,使用热还原法分别制备了具有光催化活性的sc-NiO-TiO₂-N₂和C₃N₄-Ni/TiO₂-N₂表面缺陷型催化剂,探究了催化剂合成过程和水解制氢反应机制。期望本文研究能为高效缺陷型TiO₂基光催化剂的开发和应用提供理论与实验依据。本文首先通过超临界水热-惰性气氛热分解联合路线制备了在全光谱照射下具有较高光催化水解制氢活性的sc-NiO-TiO₂-N₂缺陷催化剂。在惰性气氛（N₂）热处理中,NiO可作为热催化剂催化氧化TiO₂表面的残留有机物,促进更多表面氧空位的生成。此外,NiO还可与TiO₂耦合生成异质结。研究发现,随着表面氧空位数量的增加,TiO₂在靠近价带顶处形成的中间能级数量增加,因此减小了电子和空穴跃迁所需的能量。此外,在光照下,光生电子可迁移至Ti02表面的氧空位和NiO上,使电子和空穴得到有效分离。光催化活性测试结果表明,当NiO和TiO₂的质量比为3:10时,催化剂的光催化水解制氢活性高达1410μmol/g/h,为纯sc-TiO₂的21.7倍。随后,本文利用上述合成路线制备了具有较强可见光响应性能的C₃N₄-Ni/TiO₂-N₂复合催化剂。在sc-Ni/TiO₂前驱体制备中,Ni进入TiO₂的晶格,从而引入大量杂质能级,增加了催化剂的电子传输性能。由于sc-Ni/TiO₂的尺寸在3-10 nm之间,sc-Ni/TiO₂在一定程度上显现出量子点的特征。在可见光的照射下,sc-Ni/TiO₂量子点为水解制氢反应提供了更多的活性位点,也因与C₃N₄具有类似的能带结构而形成可增加催化剂可见光吸收的量子结。在N₂热处理后,sc-Ni/TiO₂催化剂表面同样生成大量空位。在可见光（>400nm）照射下,以Pt作为助催化剂时,光生电子易从C₃N₄迁移至sc-Ni/TiO₂和Pt⁰上,而光生空穴沿的迁移方向与之相反,从而达到有效分离光生电子和空穴的目的。可见光下的活性测试结果表明,当C₃N₄与sc-Ni/TiO₂的质量比为2:1、N₂氛围热处理温度为300℃且热处理时间为2h时,催化剂的光催化水解制氢活性可达1183 μmol/g/h,为相同条件下纯C₃N₄的11.7倍。