近年来,随着社会工业的快速发展,环境污染的剧烈和能源短缺等问题已经引起了全球关注和重视,例如由于工业染料废水的排放导致的环境污染,让人们不得不重视这方面的问题。为了解决能源和环境危机,由于光电化学半导体材料可以将太阳能转换为电能或化学能,而被广泛研究。其中这些能源转换仅使用太阳能,几乎没有污染物,因此这是一条绿色且持续的路线。Fujishima教授在1972年发现TiO2可以通过光催化分解水得到氢气和氧气,引起了环境领域的广泛关注,半导体光催化技术得到了迅速发展。在众多光催化剂材料中,二氧化钛(TiO2)以其优异的活性,低廉的价格,稳定性和无毒性而成为一种有前景的光催化剂。然而,TiO2带隙较宽,吸收的光波段为紫外波段,然而这部分光仅占可见光的5%,其太阳能利用效率较低。为了提高TiO2的光催化活性,我们通过合成不同的TiO2暴露晶面,以及与金属硫化物半导体复合构建异质结,来增强光电催化性能。TiO2的光催化活性受晶面的影响,常见的锐钛矿TiO2(101)面是一个能量较低的面,因此我们通过控制合成的条件,研究不同暴露晶面的锐钛矿TiO2与金属硫化物进行复合,(101)面、(001)面、曲面等不同晶面,以构建异质结复合材料,使其光电催化性能得到提高。此外,进一步研究了两种金属硫化物复合构建异质结的光电催化效果,探讨金属硫化物在异质结构建中的作用。本文研究内容主要分为以下四个部分:(1)制备不同暴晶面的TiO2(TO、P25、ATO),并与Sb8O11Cl2复合构建异质结,并研究了相关的光催化活性。结果表明,这种TiO2/Sb8O11C12异质结构是对晶面敏感的,将Sb8O11Cl2复合在暴露(001)面上TiO2纳米片上时,光生载流子的分离效率得到提高,相关的光催化活性最强。(2)(001)面暴露的TiO2纳米片与Bi2S3复合,以构建异质结。与原始的TiO2和BhS3相比,Bi2S3/TiO2光催化剂在光电解H2方面显示出明显的增强。实验结果证实,(001)面暴露的TiO2纳米片非常适合与Bi2S3棒复合以提高光电化学性能。(3)具有暴露弯曲表面的锐钛矿型TiO2纳米鼓与二维MoS2复合,形成异质结。该曲面TiO2/MoS2光催化剂,比原始曲面TiO2纳米鼓具有80%的光催化活性提高。相比之下,制备了 P25/MoS2异质结,并且所获得的具有最高光催化活性的样品仅表现出比P25增强12%的效果。实验结果证实,TiO2的曲面更适合于复合MoS2,以提高光催化性能。(4)纳米MnS与超薄二维MoS2纳米层复合,以构建异质结。与原始MnS相比,这种MnS/MoS2异质结在光催化和光电化学性能方面表现出极大的提高。活性最高的异质结复合材料,在光催化活性方面提高了 161%,光电流密度提高了 11.5倍。