太阳能的广泛利用被认为是解决当前环境污染和能源危机的有效策略。光催化剂可以利用太阳能分解水产生氢气提供清洁能源,从而引起了越来越多的关注。由于光催化过程包括光电子和空穴的产生,对于完美的光催化剂来说,应该具有较慢的电子-空穴对重组过程和较宽的光谱吸收范围。因此,寻找有效的方案来改善光催化剂的电子-空穴对重组速率并扩大光谱响应范围是必不可少的。本论文主要研究设计与构筑高效半导体基异质结进行光催化分解水产氢与亚甲基橙的降解。旨在通过一系列高效率异质结的设计和合成,探索出半导体异质结与光催化活性之间的联系。为今后设计和合成高效率光催化剂提供一些有力的理论支撑。本论文组要以以下三个部分组成:1)通过简便的水热方法,在g-C₃N₄纳米片的表面成功地生长了尺寸约10 nm的Cu S纳米颗粒（NPs）。所制备的g-C₃N₄/Cu S纳米复合材料表现出优异的可见光光催化活性,与纯g-C₃N₄相比,其光催化分解水产氢和亚甲基橙（MO）降解效率分别提高了2.7倍和1.5倍。2)我们使用Cu₅FeS₄作为助催化剂,使其与g-C₃N₄形成高效的异质结光催化剂,用于可见光驱动的光催化析氢和有机污染物的去除（以亚甲基橙为例）。结合一系列特征分析的结果表明:g-C₃N₄/Cu₅FeS₄纳米复合材料表现出优异的光催化析氢性能（27.92μmol h-1 g-1）和亚甲基橙去除效率（Kapp=0.01982 min-1,在60 min后约去除68.2%）。这项研究为合理设计低成本和高效的光催化剂提供了重要的见解。3)我们开发了一种简便的湿化学方法,可在RGO纳米片上一步一步地原位合成Ag掺杂的ZnIn₂S₄矩形纳米板（表示为Ag:ZnIn₂S₄/RGO）。系统地研究了Ag+掺杂和RGO耦合对ZnIn₂S₄纳米板性能的影响。密度泛函理论（DFT）计算表明,在低掺杂水平下,Ag+掺杂对ZnIn₂S₄的能带结构有影响,即通过取代掺杂和间隙掺杂,Ag+可以形成受体和施主态,分别使费米能级在ZnIn₂S₄的带隙内移动。由于这两种类型都是浅状态,因此它们不充当电荷复合中心。相反,与原始的ZnIn₂S₄相比,它们有助于增强光吸收和增加载流子的寿命,从而使掺杂Ag的ZnIn₂S₄具有更好的性能。此外,RGO载体与Ag:ZnIn₂S₄矩形纳米板之间的强界面相互作用在有效分离电荷载流子,增强整体光催化活性方面也起着至关重要的作用。