开发氢能是科学家公认的应对能源危机的有效途径,其中半导体直接光催化制氢是最简单的制氢方法。此外,电催化制氢技术也是获得氢能的有效方法。TiO₂是最早实现光催化水分解的光催化剂。经过多年的研究发现,TiO₂还可以作为电催化剂实现电催化析氢。因此,本论文的研究内容为使用模板法合成了具有多孔结构的TiO₂纳米片,然后通过负载金属元素,分别实现了高效的光催化水分解制氢和电催化水分解制氢。具体研究内容主要分为以下几部分:第一章中,简要介绍了半导体光催化和电催化技术的基本原理、主要应用及研究现状。随后介绍了几种常见的微结构调控手段,以及材料的微结构调控对其催化性能的影响。第二章中,我们首先以g-C₃N₄为模板,并向其中引入Ti元素作为前驱体制备了锐钛矿相TiO₂,通过TEM表征和吸附实验证实我们成功合成了具有较大比表面积的多孔TiO₂纳米片。第三章中,光催化分解水制氢性能研究。首先负载Pt元素,含量只有0.6 wt%。通过紫外测试,发现Pt的负载拓宽了TiO₂的光吸收范围至可见光区域;Pt的负载在一定程度上促进了光生载流子的分离,同时Pt是产氢的活性位点,两者协同作用使其光催化效率得到了较大提高,产氢性能提高了13倍。第四章中,电催化分解水制氢性能研究。目前析氢效果最好的电催化剂为Pt及其合金,不足之处为Pt的负载量较高,限制了在工业生产上的应用。针对这个问题,本论文改进了在TiO₂纳米片上负载Pt的条件制备了Pt2-TiO₂,通过ICP-MS测试得出Pt的含量为0.4 wt%。以0.5 M H₂SO₄作为电解质溶液,商业Pt/C为对照样品,分别对Pt2-TiO₂和商业Pt/C的析氢性能进行测试。电化学测试结果显示,电流密度达到10 mA cm^-2所需的过电位分别是56 mV和51 mV,相应的Tafel斜率为33 mV dec^-1和31 mV dec^-1;在恒电位电解实验中,Pt2-TiO₂在经过长达24 h的恒电位电解后,它的析氢电流密度几乎没有衰减,仍为初始电流密度的92%,商业Pt/C则衰减为初始电流密度的43%,表明我们制备的Pt2-TiO₂电催化剂具有非常好的电催化活性和稳定性。