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随着工业化的不断深入和生产力的持续增长,人类对于能源的需求不断增加。在世界能源消费构成中化石燃料占据了绝大部分比例,而化石燃料的不断开采和使用,也导致了全球性的能源危机日益加重,因此,新能源的开发迫在眉睫。在众多新能源中,氢能因具有可再生、来源广、燃烧值高、产物为水无污染等特点,被认为是一种最理想的化石燃料替代能源。近年来,利用太阳能将自然界中的水分解为氢气的光催化产氢技术被认为是一种廉价、可行的制氢方法。因此,光催化产氢材料的开发已成为当今研究的热点方向之一。p型氧化亚铜（Cu2O）不仅具有极高的导带电位（-1.35 V vs.Ag/Ag Cl,p H=7）,而且还具备环保、毒性弱、储量丰富等特性,被广泛应用于光催化降解污染物、分解水产氢、还原CO2等光催化方向。然而Cu2O窄的禁带宽度（2-2.2 e V）会造成光生电荷载流子的快速复合,导致光催化效率下降。因此,构建高效Cu2O基光催化体系,是目前光催化领域的重大挑战。石墨烯一种由sp2杂化的碳原子紧密连接而成的二维（2D）网格状碳材料。因拥有较大的比表面积、优秀的电子传输性、优良的热稳定性,石墨烯（RGO）及其氧化物已被用作2D固体电子介质与各种半导体复合以促进半导体光催化剂光生电荷生载流子的分离与迁移,增强半导体的光催化活性。因此,本论文在制备Cu2O基础上引入固态电子介质RGO构建Cu2O/RGO二元复合材料,并进一步构建有利于发挥Cu2O优势导带电势的三元复合光催化体系,以期能最大程度地利用Cu2O的高还原性光生电子用于分解水产氢。另外,近年来类石墨烯层状结构的共价有机骨架材料COF-TpPa-1因层内的大π电子共轭和层间的p-p电子共轭作用而具有优异的光吸收和电子传导能力,被视作一种理想的光催化材料,能够兼顾半导体和固态电子导体的作用。然而,窄的禁带宽度（～2.0 e V）同样会造成光生电荷载流子的快速复合,因此COF-TpPa-1可类比于“Cu2O/RGO”,在单一COF-TpPa-1的基础上,将之与2D半导体材料复合进一步提升光催化活性。主要研究内容及结论如下:（1）Cu2O/RGO/BiVO4三元复合光催化体系采用两步溶剂热法构建了Cu2O/RGO/BiVO4全固态Z-型三元复合光催化体系。该体系能够在可见光条件下以四环素为牺牲剂光解水产氢,达到同时降解四环素和分解水产氢的效果,并显示出优异的光催化性能。活性最佳样品（Cu2O/BiVO4质量比为7/3,RGO用量为40 mg）所展现的产氢性能为单一Cu2O的6倍,同时四环素降解效率为20.3%。在全降解过程中,样品也显示出了高达96%的四环素降解效率。Cu2O/RGO/BiVO4复合材料性能的提高归功于全固态Z-型体系的构建,在整个光催化过程中,RGO被用作固态电子导体以使BiVO4中的光生发电子与Cu2O中的空穴相结合。这样能够帮助Cu2O和BiVO4中电子-空穴对的有效分离,推动Cu2O和BiVO4中电子与空穴的富集,增强了Cu2O/RGO/BiVO4三元复合体系在光催化过程中的氧化还原能力。（2）Cu2O/RGO/MoS2三元复合光催化体系通过化学还原法构建了一种石墨烯基的Cu2O/RGO/MoS2三元复合材料。该复合材料被用于可见光分解水产氢,且展现出了优良的光催化产氢活性,是单一Cu2O的8倍。RGO作为优秀的电子导体能够将Cu2O导带上的电子有效地转移到石墨烯的表面,而且可以将转移出来的电子继续传递给助催化剂MoS2。还原氧化石墨烯和MoS2之间“面对面”地结合减短了两者之间的电子传递距离。特别地,MoS2具有2D结构,使得光催化过程中产氢的活性位点大大增加。（3）Cu2O/RGO/Shewanella oneidensis MR-1杂合体系通过以RGO作为固态电子导体将Cu2O和Shewanella oneidensis MR-1（SW）细胞整合在同一体系,设计了一个全细胞无机-生物杂合体系。RGO不仅为有效收集Cu2O中的光生电子提供了足够的空间,而且为电子到细胞跨膜蛋白建立了跨膜途径。所制备的Cu2O/RGO/SW杂合体系展现出了优异的光催化产氢活性,分别比Cu2O/SW和Cu2O/MV2+/SW体系高38和27倍。荧光的稳态和瞬态分析表明在Cu2O/RGO/SW杂合体系中实现了有效的光电子传输和收集。SW突变细菌的对照实验证明RGO-MRP电子转移途径的建立进一步改善了从RGO到SW细胞的电子传输。另外,我们也通过密度泛函理论（DFT）计算和Bader电荷分析证实了Cu2O与SW之间的有效电荷转移。（4）2D/2D COF-TpPa-1/TiO2异质复合材料采用水热法合成策略制备了一种新型的2D/2D COF-TpPa-1/TiO2异质复合材料。该异质复合材料被用于光催化产氢,且表现出了优异的产氢活性。当COF-TpPa-1/TiO2的质量比为14:6时,样品表现出了最高的光催化产氢活性（1.30mmol/g/h）,该活性为单体COF-TpPa-1（0.045 mmol/g/h）的28.7倍。COF-TpPa-1因独特的层状结构、层内的大π电子共轭作用和层与层之间的p-p共轭作用,不仅可以作为半导体产生光生电子和空穴对,而且可以像石墨烯一样作为支撑材料传递电子。另外,COF-TpPa-1纳米片和TiO2纳米片“面对面”地复合,不仅减短了不同半导体之间电子的传递距离,而且增加了光催化过程中的活性位点。（5）2D/2D COF-TpPa-1/ZnIn2S4异质复合材料同样,采用水热法制备了一种新型的2D/2D COF-TpPa-1/ZnIn2S4异质复合材料,并被用于分解水产氢,也展现出了优异的光催化活性。当COF-TpPa-1/ZnIn2S4的质量比为11:9时,样品显示出了最高的光催化产氢性能（1.18 mmol/g/h）,该性能比单体COF-TpPa-1（0.045 mmol/g/h）高出26倍多。其中COF-TpPa-1共价有机骨架兼顾半导体和电子载体的作用,由于具备超大的比表面积、层内的大π电子共轭作用以及层间的p-p共轭作用。此外,ZnIn2S4纳米片中的S原子会与COF-TpPa-1纳米片之间形成牢固的化学键,能在“面对面”地复合的基础上进一步的增强两者之间的传输能力,加快电荷载流子的迁移,提升光催化效能。