随着人类文明不断进步和社会经济飞速发展,人们对化石能源的需求量日益陡增。由此引发的经济活动和带来的环境污染严重的影响着国民经济的可持续发展,并且逐年恶化的自然环境也对植物和动物的生存造成极大威胁。因而不可再生能源匮乏的窘境和生态环境的严重污染便成为社会可持续发展的两大首要限制因素。如何通过安全可靠和绿色高效的方式来解决这两大难题,是目前众多科学家们所关注的热点话题。毋庸置疑,半导体光催化技术因具备可循环利用和不产生对环境有害物质的特殊性能,成为目前解决该难题的最有效手段。本论文以银基和镉基半导体为主要研究内容,利用金属离子掺杂和异质结构造原理,对半导体的电子结构和界面电荷传输动力学进行调控,旨在从根本上解决半导体的光吸收范围窄、光生电子和空穴复合率高以及稳定性差等关键性问题。研究结果表明,通过掺杂改性的纳米半导体光催化材料和合理结构设计的异质结光催化剂在水中残留对硝基苯酚污染物治理和光催化分解水制备氢能源方面取得了极大的进展。具体研究内容如下:（1）利用高温固相煅烧法制备了一系列非化学计量比的AgNb_1-xTa_xO₃固溶体。通过探究过渡金属元素Ta在AgNbO₃中的掺杂类型、掺杂位点和掺杂浓度对晶相结构、能带位置和功函数的影响,得出结论:掺杂具有电负性较小、离子半径和电荷价态相似的金属杂原子至AgNbO₃中,将导致固溶体的晶胞体积减小、功函数值降低、载流子迁移率增强。在对硝基苯酚还原反应中,原位生成的金属Ag与AgNb_1-xTa_xO₃固溶体对硝基苯酚的选择性吸附以及AgTaO₃还原能力的增强是导致固溶体催化剂性能提高的主要原因。然而,美中不足的是AgTaO₃的光吸收范围在紫外区。（2）为了改善AgTaO₃的光吸收性能,本章将具有光敏作用的CdS QDs负载在Ag/AgTaO₃固溶体上。实验结果表明,CdS QDs/Ag@AgTaO₃对不同浓度的对硝基苯酚污染物均表现出优异的催化性能,并且在可见光照射下比Ag/AgTaO₃活性提高了10倍,十次循环测试之后性能依旧稳定。CdS QDs的光敏作用以及异质结结构的多电子转移和多活性位点协同作用进一步提高了AgTaO₃的光催化性能。（3）基于对上一章实验的探究,可以发现CdS QDs虽然拥有较强的光吸收和还原性能,但是由于表面缺乏活性位点且光生载流子复合率高而往往表现出不近人意的光催化活性。为了解决这一问题,本实验设计合成了单原子Ni负载和掺杂的CdS QDs光催化剂。实验结果和理论计算表明,Ni原子活性位点和杂质能级协同提升了Ni/CdS QDs的光解水产氢性能。在可见光和无助催化剂下,5 h内H₂产值接近54 mmol/g,表观量子效率（AQY）达到了52.71%。（4）相比于CdS量子点,块体CdS也具有合适的光学带隙（2.4 eV）和适于析氢的导带电位,并且表面富含大量活性位点。然而光生电子与空穴的快速重组和光化学腐蚀严重阻碍了其进一步研究与应用。为了从根本上解决这一问题,本章实验设计合成了具有良好界面接触和全新I-S型电荷转移模式的锌缺陷ZnS/Cd S异质结。研究结果表明锌缺陷不仅有效提高了ZnS的光吸收性能,还改变了ZnS和CdS的电荷转移模式,这种I-S型电荷转移方式在动力学上加速了电子的转移,并且有效阻断光生空穴在CdS价带的堆积,抑制了CdS的阳极光腐蚀。（5）基于以上研究可以发现镉基量子点具有优异的光学性质和光解水产氢性能,因此本章设计合成了一种双官能团分子巯基乙酸修饰的CdTe QDs/NaTaO₃复合光催化剂。实验结果表明当缩短量子点的制备时间后,CdTe QDs的晶粒尺寸减小,光吸收曲线蓝移,光解水产氢性能提高。光电流和ABPE测试表明量子限域效应引起的能级调控对光生电荷转移动力学有重要作用,并且配体中碳链的长度也对界面电荷转移动力学有一定影响。