水分子的解离是煤化学和可再生氢能源转化过程中的决速步骤。因此,合理设计催化剂、充分阐明构效关系,对获取高性能水分解催化剂具有重要意义。氧空位（Oxygen vacancy,Vo）是金属氧化物中最常见的阴离子空位,它能改变缺陷位点附近的局部电荷分布和电子能级。在催化反应中,Vo可以提供更多的催化活性位点,并显著影响金属与载体之间的电子转移和电子相互作用。Vo以其独特的物理化学性质在催化水分子解离过程中发挥着越来越重要的作用。在纳米尺度精确调控催化剂中Vo的含量,能够明显地提升贵金属催化剂的本征活性,提升贵金属催化剂对水分子的解离能力。已经证实,在高温水气变换反应和光电水分解反应中,Vo可以极大地提升催化剂解离水分子的能力。然而,Vo是否能在温和条件下促进水分子的高效解离还有待进一步探索。水分子的解离是氨硼烷（NH3BH3,AB）水解产氢反应中的决速步骤。因此,本文以AB水解产氢反应为探针,研究了 Vo提升贵金属催化剂产氢性能的机制与构效关系。具体研究思路和研究成果罗列如下。（1）研究了锐钛矿二氧化钛（TiO2）单一晶面上的Vo作为电子助剂提升Ru基催化剂催化AB水解活性的机制。实验结果证实了含有Vo的催化剂Ru-TiO2-Vo（RTVo）在AB水解反应中具有优异的转化频率（Turnoverfrequency,TOF）,远高于不含Vo催化剂Ru-TiO2（RTN）的活性。此外,Vo的相对浓度与催化剂的TOF呈正相关。密度泛函理论（Density functional theory,DFT）的计算结果表明,水分子在RTVo上的解离能垒低于在RTN上的解离能垒。在光催化下,额外的光生电子进一步提升了 RTVo解离水分子的能力。Vo作为电子助剂,将电子转移到Ru上,生成富电子状态的Ru,这是催化剂高活性的起源。（2）研究了 TiO2中Vo作为解离水分子的活性位点促进Pd基催化剂高效催化AB水解的作用机制。研究结果表明,含Vo的催化剂（1.5-PdTVo）在AB水解反应中的TOF 比不含Vo的催化剂（1.5-PdT）高。较高的TOF是由于TiO2上的Vo为水分子的解离提供了更多的活性位。DFT计算表明,水分子在1.5-PdTVo中的解离能垒低于在1.5-PdT上的解离能垒。TiO2中的Vo协同Pd解离水分子,促进了 AB水解产氢。（3）研究了 Vo构建的维度对Ru解离水分子能力的调控机制。在球状锐钛矿TiO2（TA）、球状金红石TiO2（TR）和片状锐钛矿TiO2（T）上构建了一系列的Ru基催化剂,并引入了同等浓度的Vo。RuTAVo和RuTVo的TOF相对于RuTA和RuT分别提高了 48.0%和281.1%。实验结果表明,微观的二维平面结构相比于微观的三维凸面结构更有助于Vo调控Ru的电子性质。（4）基于Vo的不同效应,研究了电子助剂型Vo和活性位点型Vo共同提升Pt基催化剂催化AB水解产氢活性的机制。实验结果和DFT计算表明,在AB水解反应中,TiO2-Vo中的Vo协同Pt解离水分子。高度分散的NiOx纳米团簇中的Vo作为电子助剂向Pt转移电子构建了富电子状态Pt,提升了 Pt解离水分子和AB的能力。在光催化下,活性位点型Vo会产生额外的光生电子,进一步提升Vo和Pt解离水分子的能力。本论文选择性设计了 Vo在催化剂中的效应,实现了多效应的Vo（电子助剂型Vo和活性位点型Vo）提升贵金属催化剂在光热催化AB水解中解离水分子的能力。理论模拟与实验结果揭示了多效应的Vo在光热催化水分子解离中的作用机制。本文为通过Vo合理设计能源转换中高效解离水分子的催化剂提供了有价值的参考。