能源短缺和环境污染是当今人类社会面临的两大问题。光催化技术是一种将太阳能转化成化学能等可利用能量的有效途径，有可能解决当今社会面临的能源和环境两大问题。然而光催化剂的光生电子和空穴分离效率较低是光催化技术中急需解决的问题。为了解决这一问题，近年来的研究表明通过控制光催化纳米材料的特定晶面裸露可以提高其光催化活性，主要是因为在特定晶面裸露的光催化纳米晶体中，光生电子和空穴会在不同的晶面间发生自发的分离从而提高了光生电子和空穴分离的效率。另一方面，构筑异质结复合光催化材料，利用光生电子和空穴在形成的异质界面上的分离也是一种有效的途径。但是现有的异质界面大多是在光催化材料表面简单地沉积贵金属或者氧化物，很少将材料的裸露晶面与异质结构所存在的异质界面效应协同考虑，所以异质界面在光催化过程中对光生电子和空穴分离效率的提高的具体作用机理仍不明确，且提高的效率仍然不高。　　因此，本文研究了光催化材料光生电子和空穴在不同晶面分离的规律，通过在光催化纳米晶体不同晶面上构造明确的异质界面，从而增强光生电子空穴在不同晶面间自发分离的效率，进一步提高光生电子和空穴的分离率，提高光催化材料的光催化性质，并希望以此拓展和深化金属氧化物特定异质界面构筑的设计思路，为合理地设计和合成高效的光催化材料奠定基础。同时这种金属氧化物特定异质界面对材料性质的影响不仅体现在光催化领域，在气敏传感器的应用方向也有重要的意义。主要研究成果如下:　　1、合成一系列由不同{101}和{001}晶面比例组成的锐钛矿TiO2纳米晶体，发现当{001}晶面占表面积比例为19％时，TiO2的光生电子和空穴分离效率最高。通过选择性沉积，发现TiO2的{101}晶面和{001}晶面在光催化反应过程中分别提供还原和氧化位点;此外，Pt纳米颗粒在{101}晶面上选择性的沉积，可以进一步加强TiO2光生载流子在不同晶面分离的效率。与非选择性负载Pt样品相比，其光降解甲基橙的反应速率增快了4倍，光解水制氢的反应速率增快了5倍。　　2、利用锐钛矿TiO2{001}和{101}晶面在光反应过程的氧化活性和还原活性，分别选择性沉积上Fe2O3和Pt纳米颗粒，构造出Fe2O3-TiO2-Pt三元异质结光催化剂。由于三种材料能带位置的差异，TiO2{101}面上沉积的Pt纳米颗粒可以捕获{101}面上富集的光生电子并将其利用进行光还原的反应，而｛001}面上沉积的Fe2O3可以捕获｛001}面上富集的空穴进行光氧化反应。相比未选择性沉积助催化样品，这种Fe2O3-TiO2-Pt三元异质结光催化剂的光解水效率提高了30倍。　　3、合成了由{100}和{111}晶面组成的Cu2O十四面体纳米晶体，通过光腐蚀和光还原沉积Au纳米颗粒等途径证明了Cu2O光生电子流向{100}晶面而空穴流向{111}晶面，并且利用光还原和化学还原法分别在{100}和{111}晶面选择性沉积上Au纳米颗粒。研究表明，Cu2O-Au肖特基结在{100}和{111}两个不同晶面上的对于光生载流子的分离效率作用正好相反。相比于Cu2O样品，Au-{111}-Cu2O样品的光解水活性提高6倍而Au-{100}-Cu2O样品的活性反而有所下降。　　4、合成了不同尺寸和形貌的Ag纳米结构，将其作为光反射中心加入溶液中，使光在这些反射中心上不断发生反射作用，以提高光在溶液中传播的光程，进而提高光的利用率，最终实现提高光催化剂的光催化效率的目的。研究表明，加入Ag纳米片作为光反射中心，商用TiO2(P25)的光降解有机污染物活性提高了22倍，而光解水活性则提高了3倍。　　5、通过化学还原法在具有优异气敏活性的{221}高指数晶面裸露的SnO2纳米晶上成功地负载上大小和分布均一的Au、Pd、Pt纳米颗粒。研究表明，由于Au、Pd、Pt与SnO2异质界面电子传递强弱不同，其溢流作用也不同，因此最终导致其对SnO2气敏活性的影响不同。Au负载在SnO2的{221}晶面上之后样品的气敏响应性比未负载前提高了1.5倍左右，而Pd、Pt负载在SnO2的{221}晶面上之后样品的气敏响应性反而有所下降。