能源是社会进步和国家经济的基石,是人们生产、生活和发展的重要物质保证。光催化作为一种直接利用太阳能来驱动化学反应进行的技术,在将密度较低的光能转化为密度较高的化学能过程中发挥着巨大的潜能。但该技术的挑战性问题是开发高效、稳定和价格低廉的半导体光催化剂。无机二维纳米片是一类具有分子或原子厚度以及极大平面结构的新型纳米材料。由于它们具有较大的比表面积、二维单晶结构及各向异性等特点,使其成为催化剂设计的优良平台,并可以针对特定的反应催化活性中心来构建新型复合光催化剂。本论文拟一方面探索单分子层HNbWO6纳米片的快速制备方法,并考察该纳米材料的光催化活性,进一步通过染料敏化策略优化该材料的可见光催化性能,并建立可能的催化反应模型;另一方面,利用层状过渡金属氧化物前驱体组成元素可调变的特点,探索均匀掺杂的单分子层纳米片光催化剂的制备方法,并阐明元素组成对该材料能带结构、光吸收性能和光催化活性间的关系。上述研究工作对快速制备新型单分子层纳米片光催化剂指明了方向,并帮助我们在分子水平上理解光催化材料的“构效关系”奠定了理论基础。主要研究内容和成果如下:(1)首次利用三乙醇胺作为剥离剂,通过酸碱反应和离子插层剥离策略,发展了一种快速、简单地剥离HNbWO6单分子层纳米片的方法。所发展的方法具有一定的通用性。此外,制备的HNbWO6纳米片胶体悬浮液可以原位进行光催化反应,并表现出比传统使用四丁基氢氧化胺剥离的HNbWO6纳米片更高的产氢活性。(2)巧妙地利用均匀掺杂的策略,先构建同构的层状LiNbxTa1-xWO6固熔体前驱体,再将其剥离为单分子层的HNbxTa1-xWO6纳米片,建立了一种二维单分子层纳米片固熔体的制备方法。通过该策略,可实现在分子水平上对纳米片的光吸收性能、能带结构和光催化性能进行调控。并结合光电化学分析,探索了均匀掺杂的纳米片的能带结构与光催化性能间的内在联系。(3)根据HNbWO6纳米片胶体悬浮液表面带负电的性质,提出了一种温和、简单的正负电自组装方法,首次制备得到了新型Ru(bpy)32+/HNbWO6纳米片复合光催化材料。通过该方法可以实现纳米片与带正电的染料进行类均相的紧密接触并形成较强的作用力,使得该复合材料表现出高效的可见光光催化分解水制氢的性能。