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快速发展的现代社会对能源的需求日益增长,然而,大规模开发利用不可再生的化石能源使全球面临着能源短缺和环境污染两大难题。近年来,由于具有高燃烧值且使用过程无污染的氢气被认为是代替化石燃料的理想能源,利用廉价易得的太阳光催化分解水制氢受到广泛关注。为了利用含量约占太阳光谱中44%的可见光,可见光响应型半导体,特别是金属硫化物成为近来研究的热点。本论文为开发可见光吸收能力强、催化活性高且稳定性好的二元CdxZn1-xS固溶体催化剂,开展了以下研究:首先,利用热解法制备一系列新颖、石墨烯含量较低且稳定性好的复合可见光催化制氢材料(GR-r)。负载的石墨烯与半导体紧密结合且有利于减小半导体晶体粒径、提高颗粒的分散性及增强材料在≥534 nm可见光区的吸光率。光催化实验表明,石墨烯掺入量为1.0 wt%时(GR-1.0),5 h平均催化制氢速率为2107μmol·h-1·g-1,为等同条件下GR-0(1132μmol·h-1·g-1)的1.86倍。石墨烯与半导体的紧密接触加速了光催化过程中界面电子的传输,抑制光生电子和空穴的复合,强化复合材料的光催化活性。其次,利用碱化辅助水热法制备晶体粒径小、颗粒分散性好、比表面积较大且具有堆叠层错结构的Cd0.5Zn0.5S固溶体(CZS-r)。光催化实验表明,CZS-0.5的5 h平均产氢速率为2154μmol h-1 g-1,为CZS-0(72μmol h-1 g-1)的29.92倍。晶体表面引入的堆叠层错结构具有独特的电位,能有效分离光生电子和空穴,抑制其复合,从而显著提高材料的可见光催化制氢活性。采用Cu2+改性的羧基化多壁碳纳米管修饰CZS-0.5,结果表明,改性碳纳米管与Cd0.5Zn0.5S能够紧密结合,当CNTs(Cu)掺入量为1 wt.%时,复合催化剂的5 h平均产氢速率为2995μmol h-1 g-1约为CZS-0.5的1.4倍。最后,通过乙二胺辅助水热法成功合成高活性CdxZn1-xS固溶体。结果表明,随着Cd/Zn比例的变大,样品由立方晶相逐渐向六方晶相转变、晶体粒径呈现先降低后升高的趋势、比表面积逐渐减小、吸收边缘出现逐渐红移且活性先上升后降低。Cd0.5Zn0.5S的5 h平均制氢速率最高,达到13539μmol g-1 h-1,分别为Cd0.1Zn0.9S(882μmol g-1 h-1)与Cd0.9Zn0.1S(954μmol g-1 h-1)的15.3和14.2倍。采用原位沉淀法分别于Cd0.5Zn0.5S表面原位沉积微量的Ni S、Cu S及Co S构建MS/Cd0.5Zn0.5S异质结。结果表明,复合物的光催化活性随助催化剂的沉积量呈先上升后下降的现象,其中MS沉积量为0.25 wt.%制氢速率达到最高值,分别为38188,24692和20811μmol g-1 h-1,过渡金属硫化物强化Cd0.5Zn0.5S制氢活性主要在于两者的紧密接触有利于光催化过程中的快速电子传输。