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光催化水分解是一个具有吸引力的反应,将光能转化为化学能,有助于最终的绿色可持续的化学,解决能源和环境问题。相比产氢半反应,产氧半反应所需要的四电子、四质子转移过程更加困难与复杂,所以水氧化成为制约全分解水的瓶颈。因此,开发经济有效的水氧化催化剂意义非常重大。首先,我们研究了含有廉价过渡金属的均相分子水氧化催化剂多金属氧酸盐,因为其全无机的配位环境,具有抗氧化能力强的优点,是一类优异的水氧化催化剂。其次,纳米材料催化剂也值得我们去研究其多相光催化水氧化性能,如基于廉价丰产的金属氧化物、硫化物作为水氧化催化剂来驱动光催化水分解。最后,通过化学键合以及物理吸附等方法把均相分子催化剂和多相催化剂耦合,从而把分子水氧化催化剂引入到多相体系中。优点是同时利用了分子催化剂可调控、易研究机理的特点和多相材料易回收的属性。基于上述观点,我们开展了以下三个实验:1)通过合理设计得到了多级纳米结构的硫化钴,首次将其作为一种高性能的双功能催化剂用于可见光驱动的染料敏化水分解反应,获得了63.5%的产氧收率和1196μmol h-1g-1的产氢速率。对于水氧化过程中光敏剂与催化剂之间的有效电子转移,通过瞬态吸收实验加入催化剂CoS-2后[Ru（bpy）3]3+浓度的急剧下降来验证。而对于产氢气半反应,瞬态吸收实验支持一个快速的电子转移从激发态的光敏剂3EY*（曙红-Y）到催化剂CoS-2,以实现高效的氢气产率。硫化钴催化剂被用于催化可见光驱动的水分解反应,这为探索新的高效、地球丰产、廉价的催化剂应用于光系统I（PSI）和光系统II（PSII）仿生裂解水产生氧气和氢气反应提供了一个新的方向。2)把具有产氧高活性的均相分子水氧化催化剂四铁多金属氧酸盐[Fe4Ⅲ（H2O）2(P2W15O56)2]12-（Fe4POM）通过静电作用锚定于介孔分子筛SBA-15表面,构建了新型高效的多相光催化水氧化体系,解决了均相催化剂难以回收利用的问题。均相分子催化剂Fe4POM给出了48%的O2收率,5 s-1的TOFcatalyst,900的TONcatalyst和24%的量子效率ΦQY。通过静电作用将分子催化剂Fe4固载到介孔分子筛SBA-15上后,获得了12%的O2收率。通过31P MAS NMR,XPS和ICP-AES等表征,发现分子催化剂Fe4POM的结构在反应前后依然保持完整,并且复合催化剂SBA-15-apts-Fe4 POM在反应前后也保持了很好的稳定性。3)采用半导体Bi VO4作为捕光材料,具有优异产氧活性的Na27[Fe11（H2O）14（OH）2(W3O10)2(α-SbW9O33)6](Fe11POM)多酸分子催化剂作为助催化剂,构筑分子催化剂/半导体复合体系用于光催化水氧化。研究结果表明,复合体系的氧气收率高达39.1%,TOFinitial为0.016 s-1,是本体BiVO4材料的近10倍。经过系列的表征和分析,发现真正的助催化剂是Fe11POM分解产生的FeOx,而不是原始的多酸分子。原位产生的纳米膜FeOx与BiVO4之间的界面连接可以被清晰地观察到。超薄纳米膜在BiVO4的110晶面的具有高度选择性的原位光沉积,在此光催化水氧化体系中有效地促进氧气的产生。