化石能源的快速消耗带来的能源危机问题以及化石燃料的大量使用带来的环境污染问题制约着人类社会的发展。通过光催化分解水过程将取之不尽的太阳能转化为清洁、可储存的氢能被认为是解决这些问题的理想途径。在众多半导体催化剂中,CdS因其合适的价带结构和良好的可见光响应能力而广受关注。其组成调节和改性是提高光催化活性和稳定性的有效策略。本课题组采用水热法合成了一系列MoS₂改性的Co_0.2Cd_0.8S纳米棒（CCS）,并在可见光照射下用于光催化析氢反应（HER）。结果表明,通过将Co²⁺引入CdS晶格,CdS的活性和稳定性得到明显改善,这归因于Co²⁺的引入加速了光致电荷载流子的分离,避免由于价带边缘向上移动而形成高氧化能孔（h⁺）。通过引入MoS₂纳米片制备的M/CCS复合纳米材料,HER性能相比CCS得到进一步提高。实验结果表明,当在CCS上负载5%MoS₂（wt%）时,复合材料表现出了最高的析氢活性(2835.6μmol·g^-1·h^-1),比CdS和CCS分别高出约8.9和1.6倍。在CCS和紧密接触的MoS₂之间形成的II型异质结解释了这一改善的缘由:即MoS₂可以用作光诱导电子（e^-）和HER活性位点的捕获中心。这项工作表明,CdS的光催化HER活性和稳定性可以通过制备CoS与主体CdS形成固溶体来提高以及修饰低成本的MoS₂作为助催化剂来进一步提高。另一方面,探索高效光催化剂利用的往往是试错法,然而,该方法开发催化剂往往需要投入大量的时间和精力。冗长的周期和经常不如人意的结果迫使研究者改变思路,寻找新的方法来开发性能优良的光催化剂。结构决定性能,性能体现结构,优良的光催化剂往往有其独特的结构,密度泛函理论（DFT）在探索光催化剂结构与性能关系方面有其独特的优势,本论文利用密度泛函理论（DFT）来开发优质的光催化剂用于分解水产氢,研究结果为寻找高效光催化剂提供了一种便捷的方法。通过光催化实验和理论结果的一致性验证了DFT设计的可行性和合理性。由有机染料曙红Y（EY）作为光敏剂、钴肟分子作为催化剂、三乙醇胺（TEOA）作为电子牺牲剂和纯水作为反应溶剂组成的光催化反应系统,表现出了优良的析氢性能。作为性能最佳的钴肟分子Co^III（dmgH）₂（pyrazine）Cl,对其析氢反应条件进行了优化。发现,在最优反应条件下,可见光照射3小时后,25 mg的Co^III（dmgH）₂（pyrazine）Cl产生的氢气总量达到1356μmol。此外,我们还探讨了系统失活的原因和析氢机理。这项工作为设计高效光催化剂提供了省时省力的途径。