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光催化分解水制氢技术是目前最有潜力的制取氢气这个新能源的好方法之一,但是目前这个技术利用太阳光制取氢能的效率普遍不高,限制了其大规模的商业应用。当前太阳能裂解水制取氢能的效率都很低,纳米异质结的形成促使光生电子-空穴向不同的方向迁移,提高了电荷分离效率,增加了光生电子数量,增强了光生电子的还原能力,有望能显著增强材料的光催化制氢性能。本论文合成了三种新颖的光催化剂,分别是：1、金属性MoO2/Zn0.5Cd0.5S异质结。基于半导体纳米异质结在现代光学和光电子学发挥着至关重要的作用,人们在光催化体系中尝试引入异质结,这些“结”能有效地发挥不同组份间的协同效应,最大程度地提高其性能,有效地提高从太阳能向可储存的化学能的转化效率。在本工作中,我们合成了一种新颖金属性MoO2纳米颗粒修饰Zn0.5Cd0.5S半导体异质结材料。经煅烧后,所制备的MoO2/Zn0.5Cd0.5S在可见光(λ≥420nm)的辐照条件下,其光催化产氢速率是同样实验条件下单纯Zn0.5Cd0.5S固溶体的13倍。一方面,可见光照射下在金属相MoO2和固溶体Zn0.5Cd0.5S之间形成的肖特基结有利于光生电子从Zn0.5Cd0.5S的导带迅速迁移到金属性MoO2纳米颗粒上,具有较高功函数的金属性MoO2能促进光生电子被水中的H+所捕获,发生还原反应生成氢气。另一方面,在“结”中主要活性物质(Zn0.5Cd0.5S)与MoO2之间通过电子耦合作用,两者紧密地接触,为光生电子-空穴在这两者之间的传输建立了有效地传输通道,有利于提高光生电子空穴对的迁移,提高分离效率,最终提高了活性物质的光催化效率。我们推测金属性MoO2不仅仅可以作为Zn0.5Cd0.5S固溶体的助催化剂,也可以在其他光催化体系中充当助催化剂,扩大这些光催化体系在利用太阳光制备氢气领域中的应用前景和范围。2、1T-LixMoS2/Cd0.5Zn0.5S异质结。新颖的金属性1T-LixMoS2用作助催化剂增强Cd0.5Zn0.5S固溶体的光催化活性。在可见光照射下(λ≥420nm),我们所制备的LixMoS2/Cd0.5Zn0.5S复合材料在Na2S和Na2SO3的水溶液中,无需贵金属助催化剂也表现出优异的产氢性能。实验表明,MoS2晶体中插入一定量的锂离子有助于MoS2晶体从半导体型(2H相)转变成金属型(1T相)。相比MoS2片只有在边缘部分才有活性位点,1T-LixMoS2的边缘部位和表面均有活性位点,这样光生电子就不仅可以传导到1T-LixMoS2的边缘,还可以传达到表面。因此,1T-LixMoS2所具有的优异导电性和高密度的活性位点都有助于光生电子-空穴对的分离和迁移,这使得1T-LixMoS2成为催化剂光催化制氢的理想助催化剂,我们对LixMoS2/Cd0.5Zn0.5S复合材料的性能进行了深入研究,实验结果表明, 当1T-LixMoS2的含量为1.0wt%时,LixMoS2/Cd0.5Zn0.5S异质结表现出最优的催化活性,产氢量可达到769.9μmol h-1,这是单纯的Cd0.5Zn0.5S催化剂产氢量的3.5倍,是相同实验条件下2H-MoS2(1.0 wt%)/Cd0.5Zn0.5S催化剂产氢量的2倍。我们合成的Li+插层MoS2纳米片,即金属型1T-LixMoS2以其高导电性、高密度活性位点、价廉、环境友好等特点有望替代贵金属成为光催化剂产氢的助催化剂,扩大氢能在实际生活中的潜在应用。3、ZB/WZ Cd1-xZnxS异相结纳米棒近年来同质结纳米催化剂在基础科学研究领域以及实际生产中表现越来越重要作用,引起了学术界的重视和关注。我们采用温和的溶剂热方法,通过调节Cd与Zn的含量、L-半胱氨酸以及二乙烯三胺(DETA)的含量,可使Cd1-xZnxS纳米棒具有六方纤锌矿/立方闪锌矿(ZB/WZ)异质结构,系统研究了Cd1-xZnxS在无助催化剂负载的条件下的光催化制氢性能。L-半胱氨酸不仅可以作为硫源,还是Cd1-xZnxS ZB/WZ异质结构的稳定剂和保护剂。所得Cd0.7Zn0.3S细长纳米棒,不需要负载任何助催化剂,在可见光照射下的制氢活性达到3.13 mmol在420nm处的表观量子效率达到65.7%,这是已报道的无催化剂负载的Cd1-xZn0.3S体系表观量子效率的最高值。在Cd1-xZnxS ZB/WZ异质结构中形成的内建电场有利于提高光生电子-空穴对的分离效率,另外,稳定剂L-半胱氨酸与Cd1-xZnxS瘦长纳米棒之间通过S原子产生很强的络合作用,这种作用不仅可以保护和稳定Cd1-xZnxS纳米晶体,而且络合纳米棒表面的L-半胱氨酸会俘获光激发下Cd1-xZnxS表面的空穴,同时光生电子转移到Cd1-xZnxS表面的活性位点上发生质子还原反应。实验数据也表明,L-半胱氨酸稳定的Cd1-xZnxS ZB/WZ异相结的光生电子-空穴对的分离效率提高,因而光催化制氢性能也得以提高。这项工作可为设计和合成新颖的同质异相结光催化材料提供一个新的方法和思路,扩大光催化和光电器件的实际应用领域。