利用太阳能光解水制氢是一种典型的太阳能-化学能的转换方式,有助于解决人类目前日益严重的环境和能源危机。然而,设计和制备高效的、可持续的半导体光催化剂仍需科研工作者的不懈努力;对半导体的组成、形貌方面进行重塑改性以提高光催化效率依然具有挑战性。因此,本论文通过替位掺杂、酸性环境化学刻蚀和硫化三步策略制备了Cu掺杂Zn S纳米框架材料,旨在提高太阳能光催化产氢反应中的光利用和电荷分离/迁移效率。在制备过程中,首先通过各向异性化学刻蚀将Cu掺杂的ZIF-8菱形十二面体转变为Cu掺杂ZIF-8（Cu-ZIF-8）纳米框架,并通过进一步硫化转将其换为具有三维光催化活性表面的中空Cu掺杂Zn S（Cu-Zn S）纳米框架材料。另外,调控Cu-ZIF-8中Cu的掺杂量,制备出不同Cu/Zn摩尔比的x%Cu-Zn S纳米框架材料,并通过考察上述材料在模拟太阳光下激发的光解水产氢性能探究了Cu含量和材料形貌调控对光解水性能的协同影响作用。通过对x%Cu-Zn S纳米框架材料进行X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及X射线光电子能谱表征分析,证实Cu2+离子已成功地掺杂到Zn S纳米框架的晶格中。在模拟太阳光照射下,Cu-Zn S纳米框架的光解水性能比纯Zn S纳米框架大幅提升,说明Cu的掺杂对于调整Cu-Zn S的电子结构非常重要,有助于增加光响应范围和改善电荷迁移效率。在不同Cu/Zn摩尔比的x%Cu-Zn S中,1%Cu-Zn S纳米框架材料具有最高的产氢性能,在无助催化剂的条件下其产氢速率可达8.30 mmol h-1g-1。在材料形貌调控方面,内部空心的Cu-Zn S纳米框架结构具有反应物分子的三维可及性、更多的光催化活性位点、较大的比表面积以及有效的电荷迁移率和更短的电荷迁移距离等特性,因此,在相同反应条件下,1%Cu-Zn S纳米框架的光催化性能大幅度优于块状1%Cu-Zn S和空心1%Cu-Zn S材料的性能。此外,1%Cu-Zn S纳米框架还具有优异的光解水产氢循环稳定性和重复利用性,通过对循环反应后的样品进行X射线衍射和扫描电子显微镜表征,表明1%Cu-Zn S纳米框架在反应25 h后,其晶体结构和形貌结构未发生明显改变。通过对样品进行紫外漫反射、瞬态光电流响应、时间分辨荧光光谱和电化学交流阻抗等的一系列表征,表明Cu-Zn S纳米框架能够有效的将光吸收范围拓展到可见光甚至红外区域,并且还能够有效促进光生电子/空穴的的分离和迁移。本文认为x%Cu-Zn S纳米框架材料光催化性能的大幅提升主要是由于其具备最佳的Cu掺杂量以及具有较大比表面和开放的框架结构,使得此类材料具有更高的光利用率、更多的反应活性位点、以及更高效的光生电荷的分离和迁移率,这些特点都可有效增强材料的光催化反应性能。本文发展的制备Cu-Zn S纳米框架结构的策略可为设计构造具有独特形貌结构和组分的半导体光催化剂提供一定的启示和借鉴。