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光催化分解水制氢技术被认为是未来实现绿色能源生产最具潜力的手段之一,受到人们的广泛关注。但单一光催化剂未经修饰直接使用时制氢效率都较低,需要通过合适的手段对其进行改性或构筑复合光催化剂,使其具有更高的吸光性能、光生载流子分离效率以及更多的表面反应活性位点等,从而提升其光催化分解水制氢性能。改善光催化剂性能最常见手段之一为负载助催化剂,这不仅可以促进光生电子的转移,还可为反应提供活性位点。但目前最为高效且常见的助催化剂仍是Pt等贵金属,其昂贵的成本、极为有限的储量限制了它们的广泛应用,因此寻求高效且廉价的材料代替贵金属助催化剂迫在眉睫。此外,针对不同的光催化剂,掺杂改性和构筑异质结等手段也是非常有效的提升其光催化分解水制氢性能的手段。基于此,本论文以二氧化钛（Ti O2）和五氧化二钽（Ta2O5）过渡金属氧化物光催化剂为载体,分别采用负载非贵金属助催化剂、形貌调控、掺杂改性和构筑异质结等手段,将商用纳米Ti O2（P25）、Ta2O5和氧氮化钽（Ta ON）半导体光催化剂的分解水制氢性能进行活化,并结合多种表征技术探讨了光生电荷的迁移途径和光催化机理。具体研究内容和主要结果如下:（1）非贵金属Co5.47N/N-r GO助催化剂提升Ti O2光解水制氢性能。采用氨气氮化法制得了表面负载Co5.47N的氮掺杂还原氧化石墨烯(Co5.47N/N-r GO)助催化剂,并将其与P25复合用于光催化分解水制氢。结合多种表征手段系统研究了Co5.47N/N-r GO和P25/Co5.47N/N-r GO的形貌、组成、表面元素状态和吸光性能等物化性能,同时探讨了P25复合光催化剂性能提升的原因。结果表明,Co5.47N纳米颗粒和N-r GO纳米片的存在可以显著提升复合光催化剂的光吸收,光电流和电化学阻抗测试结果也证实了和P25相比,P25/Co5.47N/N-r GO样品具有更好的电荷分离效率和更小的电荷转移电阻。Co5.47N和N-r GO的协同作用,促进P25光生电子快速转移到表面发生制氢反应。甲醇作牺牲剂,全光谱氙灯照射下,P25/Co5.47N/N-r GO制氢速率最优可达11.71 mmol h-1 g-1,与负载贵金属Pt助催化剂的P25性能相当(11.88mmol h-1 g-1),分别约是纯P25和P25/N-r GO的90倍和69倍。（2）非贵金属ZIF-67和dia（Co）基衍生物助催化剂提升Ti O2光解水制氢性能。通过调节钴源和2-甲基咪唑配体的添加量,采用一步液相法制得了一系列钴-MOF（Co1x）助催化剂前驱体,并将其与P25复合用于光解水制氢。结果表明,Co1x由ZIF-67和它的同分异构体dia（Co）组成,它的引入可显著提升P25的催化活性,但需要一定时间的活化。反应初期P25/Co16中水稳定性较差的Co16会先水解成Co（OH）2和Co3O4,然后在光的作用下原位转化为2～3 nm大小的无定形Co Ox团簇,均匀负载于Ti O2纳米颗粒表面,充当反应活性位点同时促进光生载流子的分离和迁移,进而提升光催化剂的制氢性能。甲醇作牺牲剂,全光谱氙灯照射下,Co16在复合光催化剂中的含量为15 wt%时,制得样品的制氢速率最高(15.73 mmol h-1 g-1),且具有良好的制氢稳定性。（3）形貌设计和掺杂改性提升Ta2O5光解水制氢性能。通过一步水热法制得了表面氟化的自掺杂Ta2O5纳米梭（FTNS）,结合不同反应时间产物的物相组成和形貌特征探讨了FTNS的生长过程,并将其用于光解水制氢。结果表明,原料钽粉颗粒在氢氟酸的作用下逐渐转变为长约为500 nm,宽约50 nm的Ta2O5纳米梭,同时引入了缺陷能级和表面氟离子。样品中缺陷(Ov·和Ta4+)的存在可以提升FTNS光吸收,还可以促进光生载流子的分离和迁移,表面氟离子的存在则可以通过吸引电子进一步抑制载流子的体相复合,两者协同作用促进光催化活性的提升。此外,相比于传统大颗粒尺寸,纳米梭状结构缩短了光生载流子转移至表面的传输距离,使其更快速地迁移至表面发生氧化还原反应。甲醇作牺牲剂,全光谱氙灯照射下,不添加任何助催化剂,180°C水热反应24 h制得的FTNS具有最优制氢速率,分别是商用Ta2O5和不含氟Ta2O5纳米梭的25.9倍和2.5倍,且具有很好的制氢稳定性。（4）构筑三元异质结提升Ta ON光解水制氢性能。采用氨气氮化法先将仅具有紫外光响应的Ta2O5氮化为可响应可见光的Ta ON,再通过溶液法原位负载Cd S和Zn S纳米颗粒,成功制得可见光响应良好的Ta ON/Cd S/Zn S多相复合异质结构光催化剂。结果表明,Cd S的引入可进一步拓宽Ta ON的光响应范围,Ta ON、Cd S和Zn S三者之间异质结的构筑不仅可以促进光生电荷的分离和迁移,使更多的光生电子用于制氢反应,还可以显著降低Cd S的光腐蚀,进而提升复合光催化剂的制氢性能和稳定性。Na2S和Na2SO3作牺牲剂,模拟太阳光照射下,Cd S和Zn S的含量分别为4 wt%和6 wt%时制得的复合光催化剂制氢性能最好,远高于Ta ON和不含Zn S的Ta ON/Cd S,稳定性也显著优于不含Ta ON的Cd S和Cd S/Zn S样品。