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随着全球能源结构升级,以太阳能为代表的绿色、清洁、可持续发展新能源在社会发展中逐渐占据重要地位。半导体材料元件可用于太阳能与化学能之间的转化,让光能以热能、电能或氢能的形式利用、运输或储存。硫化镉（CdS）是一种窄带隙的半导体材料,能够被波长小于520 nm的光激发,常用作光催化剂分解水产氢,但稳定性差。本论文以硫化镉纳米棒阵列（CdS NRAs）为基础,分别采用氢化热处理与水解法制备两种CdS NRAs异质结构,提高CdS光催化制氢活性与稳定性;结合表征探究异质结构对材料性能的影响以及催化反应机理。论文主要研究内容与结论如下:（1）以导电玻璃（FTO）上生长的CdS NRAs为基础,在氢气、氮气混合气氛围中氢化热处理,利用导电玻璃的SnO2涂层与CdS的反应,在CdS NRAs表面原位生成含有CdS/SnS/SnO2三元异质结构的纳米颗粒。通过对氢化反应温度与反应时间的系统研究,得到最佳氢化条件为450℃反应2 h,制备的Cd S NRAs-H2-450（2 h）异质结构光电流达到12 mA·cm-2,是没有氢化的CdS NRAs-N2的1.5倍。光催化产氢测试表明,可见光（λ>400 nm）下,最佳氢化的CdS NRAs-H2-2初始光催化产氢速率为23.33μmol·cm-2·h-1,五个循环反应后速率为23.75μmol·cm-2·h-1,而未氢化的CdS NRAs-N2在初始产氢速率为20.0μmol·cm-2·h-1,五次循环后衰减至11.5μmol·cm-2·h-1,可见,氢化处理形成的异质结构能够有效增强CdS光催化稳定性,并提高光催化产氢活性。这种异质结构能带呈阶梯状排列,CdS的光生电子向SnO2导带转移,光生空穴向价带较低的SnS转移,抑制CdS自氧化反应,同时也会减少光生载流子的复合,从而提高复合材料的稳定性与光能转化率。这种制备方法简单、易行,CdS光催化性能显著改善。（2）采用水解法在CdS NRAs表面负载TiO2米层,生成含CdS/TiO2二元异质结构的纳米复合材料,包覆层厚度均匀的关键是加入表面活性剂并控制合适的反应时间。水解产生的弱酸性会刻蚀CdS表面形成坑洞,虽然有CdS损失并伴随表面缺陷态的量增加,但CdS与Ti O2之间的接触面积增大、结合更紧密。光催化性能最优异的样品为水解反应72 h制备的CdS@TiO2-72。在AM1.5模拟光照条件下,CdS@TiO2-72第五个循环后产氢速率是28.44μmol·cm-2·h-1,约为初始速率的68%;而Cd S NRAs-N2第五个循环后产氢速率仅为8.86μmol·cm-2·h-1,是初始速率36%,可见在CdS表面形成CdS/TiO2的异质结构,能有效提高CdS光催化活性与稳定性。结构分析表明,CdS的部分光电子会向导带位置更低的TiO2快速转移,提高了催化剂的光能转化效率。同时,由于TiO2包覆层影响,CdS自氧化反应生成的S等氧化产物扩散受到抑制,从而阻碍CdS的自氧化进程。另一方面,经过外部絮状TiO2包覆层散射与吸收,激发内部CdS NRAs的光能主要为可见光部分。CdS@TiO2-h稳定性与光催化活性的提高是TiO2包覆层厚度、异质结构紧密程度等多方面因素的综合作用。