随着社会的发展,日益突出的环境问题使人们迫切渴望一种绿色能源。因此,氢能作为一种清洁能源受到人们的广泛关注。然而,传统制氢技术严重依赖于化石燃料。由于太阳能资源总量极大且利用方便,所以人们希望利用太阳能资源和可循环的原料产氢。在这种情况下,光催化制氢技术吸引了人们的广泛关注。然而,许多单组份光催化剂存在着电荷载流子分离程度较低、太阳光谱利用率不足、光稳定性较差和制备成本较高等劣势,这些问题极大得限制了光催化产氢技术的发展。本文阐述了基于半导体材料硫化镉(CdS)和石墨相氮化碳(g-C3N4)采用不同改性方法大大提高了其光催化产氢性能,主要内容如下:(1)通过快速的微波辅助法合成了 AuNPs/CdS复合材料,并且将其用于光催化水分解分解产氢。微波辅助法制备的最佳比例AuNPs/CdS的光催化产氢性能比纯CdS高26倍,比传统水热法合成的5 wt%AuNPs/CdS高2.1倍,比Pt/CdS高接近5倍。研究表明,AuNPs的局部表面等离子体共振效应(LSPR)使载流子生成速率大大提高;同时,AuNPs与CdS之间的强协同相互作用,使得电荷载流子更大程度得实现有效分离。在这两个因素的共同促进下,提高了光催化活性和光稳定性。(2)采用水热法制备了无贵金属的三元异质结构NiS-CuS-C3N4材料用于光催化产氢。最佳组成7%NiS-3%CuS-C3N4的光催化活性比纯C3N4、NiS-C3N4、CuS-C3N4和Pt/C3N4分别比提高了 114倍、9倍、8倍和3倍。通过一系列对该光催化剂表征进行的详细讨论,最终提出了合理的反应机理,并且通过理论计算进行了辅助证明。NiS-CuS-C3N4复合光催化剂产氢性能提升的原因可归结于:(ⅰ)更大的比表面积;(ⅱ)大大拓宽的光吸收范围;(ⅲ)在C3N4和CuS之间形成的能带结构;(ⅳ)NiS有利于析氢反应(HER)的氢吸附能和捕获电子的作用。这些因素使得NiS-CuS-C3N4的载流子分离效率大大提升,从而提高了NiS-CuS-C3N4的光催化活性与光稳定性。因此,这项工作为设计具有较高光催化产氢活性的C3N4基无贵金属三元异质结构光催化剂打下了坚实的基础。(3)基于配体到金属的电荷转移机理(LMCT),设计并且合成了Ni-Diaminoglyoxime-g-C3N4配合物,将其用于光催化乙醇分解产氢,该反应可在室温下进行,直接将乙醇转化为乙醛和氢气,且不会形成COx。与纯g-C3N4相比,最佳比例的Ni-Diaminoglyoxime-g-C3N4的光催化活性增强了21倍,并且具有出色的光稳定性。这种光催化性能的增强可以归因为通过LMCT机理,导带上的电子可以轻松转移至Ni(Ⅱ),从而进一步产生H2和乙醛,大大提高了载流子分离效率。因此,该研究对未来用于绿色能源转化的高效g-C3N4基配合物光催化剂的设计来说具有重大意义。