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在经济社会迅速发展的今天,能源危机、环境污染等问题接踵而至。清洁、可持续能源的开发迫在眉睫。太阳能作为最大的清洁能源,其能量密度低、不稳定、不连续等特点使得我们无法直接对太阳能进行有效地、大规模地开发利用。基于此,太阳能-热能、太阳能-化学能等的转换研究迅速在全球范围内掀起热潮。光蒸汽转化技术是一种直接的太阳能-热能转换模式,其高效的转换效率以及背后巨大的商业潜力不断地刺激着人们的神经。目前,光蒸汽转化被用来驱动各种重要的工业过程,其中应用最为广泛的就属水处理,海水淡化、水净化。然而,光蒸汽转化在较低光学浓度下的光热转换效率(30%～45%)还有很大的上升空间,同时,目前大多数的工作研究集中在海水淡化,污水净化处理相对较少。因此,进一步优化太阳能-热能转换机制以及更全面、更广泛的应用研究成为了重中之重。同样,太阳能-化学能的转换也被认为是从太阳能中获得巨大收益的途径之一。氢气(H2),其清洁、燃烧热值高、来源广泛的特点深刻触动着人们的心。光催化分解水制氢,作为一种制备H2的有力方法,相比传统的工业制氢存在的不经济、反应条件苛刻以及造成二次污染等等的弊端,它无污染、成本低、反应条件温和、操作方便。然而,高效、稳定的光催化剂的开发以及光催化分解水制氢机制的非普适性仍制约着太阳能-氢能转换的研究发展。基于上述的研究发展以及存在的问题,本文利用了界面型光热蒸汽转换特性,针对传统光蒸汽转化在一个太阳辐射下光热转换效率较低的问题,设计并构建了一个Cu@CuO/CG-aero Janus膜材料,用于提升光热转换效率,并通过一步法将污水转化为纯净水。随后,本文又提出了一种将界面型光蒸汽转化的纯净水光催化分解制备新能源H2的新思路,制备出双粒径AuNPs/Ti02光催化剂,利用双粒径AuNPs之间的协同效应,光催化分解水制备H2。具体的研究内容如下:(1)利用液氮蒸汽冷冻法将煅烧Cu泡沫制成的Cu@CuO泡沫与氮化碳-氧化石墨烯气凝胶(CG-aero)薄膜相结合,得到一个Cu@CuO/CG-aero Janus膜。对材料的组成和微观结构进行分析,证明了该Janus膜是一个具有蒸汽通道的多孔结构。紫外-可见漫反射光谱证明其具有极佳的太阳光吸收。导热性能研究证明它能够将吸收的太阳热量集中到水体表面,从而达到高效蒸水的目的。高效液相色谱和电感耦合等离子体测试(ICP)结果证明该膜材料能够净化染料污染废水和重金属离子污染废水,净化后的纯水能够达到世界卫生组织(WHO)对饮用水的要求。同样,该Janus膜对水中的生物污染物(细菌、病毒和寄生虫)也有一个令人满意的净化效果。结垢效应的研究说明该Janus膜具有良好的耐久性和稳定性。(2)采用两步法合成了二元尺寸AuNPs/Ti02光催化剂,以三乙醇胺为牺牲剂,光催化分解水制备H2。利用透射电子显微镜统计到,该催化材料中,大粒径AuNPs尺寸和小粒径AuNPs尺寸分别为45.0±9.8 nm和16.9±5.5 nm。光催化性能测试证明,双粒径AuNPs/TiO2光催化剂对应的H2逸出速率是纯TiO2的28 1倍,比单粒径AuNPs/TiO2更好。光学性能和电化学性能测试结果共同说明,双粒径AuNPs/TiO2中二元尺寸AuNPs之间的协同效应似乎归因于小粒径AuNPs促进的电子-空穴对的增加,以及大粒径AuNPs的SPR引起的电子转移增强。(3)采用一步法制备金-二氰二胺定向(GDC-directed)双粒径AuNPs/TiO2光催化剂,该研究在运用二元尺寸AuNPs之间协同效应的同时改进了双粒径AuNPs/TiO2的制备方法。透射电子显微镜统计到该GDC-directed双粒径AuNPs/TiO2中,大粒径AuNPs尺寸和小粒径AuNPs尺寸分别为46.3±6.1 nm和17.3±7.5 nm,几乎与两步法合成的双粒径AuNPs/TiO2上的AuNPs粒径尺寸保持一致。光催化性能显示,GDC-directed双粒径AuNPs/TiO2的H2逸出速率比两步法合成的双粒径AuNPs/TiO2更高。光学特性和电化学测试证明,GDC-directed双粒径AuNPs/TiO2中二元尺寸的AuNPs均在催化过程中扮演着重要角色。