光催化完全分解水制氢被誉为化学中的“圣杯”,为将太阳能直接转化为清洁、可存储的化学能提供了重要途径。目前,光催化完全分解水制氢的研究主要围绕寻找高效的可见光催化剂和提高现有光催化剂能量转换效率两大主题。本文将以新型的能响应可见光的Bi_xY_1-xVO₄和g-C₃N₄为光催化剂主体,通过掺杂、复合或其它手段来提高光催化完全分解水制氢的性能,并对助催化剂Pt在光催化完全分解水制氢中作用机理进行探究。本论文具体研究内容及研究成果如下:固相法制备的Bi_xY_1-xVO₄固溶体可重复性差且光催化完全分解水活性不高。本文首先对Bi_xY_1-xVO₄固溶体形貌进行调控,利用水热法合成了具有十二面体结构的Bi_xY_1-xVO₄固溶体,其暴露面为{101}和{100}两个晶面族。通过在该十二面体结构的Bi_xY_1-xVO₄固溶体上原位光沉积Pt颗粒,发现Pt颗粒更多的生长在{100}晶面族,表明{100}面还原能力要强于{101}面,所以相邻的两个面之间会产生内建电势差,从而有利于光生电子空穴的分离。在以Pt为助催化剂时,该十二面体Bi_xY_1-xVO₄固溶体实现了全波段下完全分解水制氢,并且在可见光下（λ>400 nm）仍有H₂和O₂生成,相对于传统的固相法制备的Bi_xY_1-xVO₄固溶体光催化完全分解水性能提升了6倍。其次,本文利用硝酸对固相法合成的Bi_xY_1-xVO₄固溶体进行表面处理,发现其颜色由深黄色变为米白色,且可见光吸收拖尾基本消失。通过光催化完全分解水性能测试发现经过表面处理后Bi_xY_1-xVO₄固溶体活性得到巨大提升。经分析传统的固相法制备Bi_xY_1-xVO₄需要800°C以上的高温,由于Bi、Y、V三种元素对应的氧化态的升华点不一,因此会导致Bi_xY_1-xVO₄固溶体表面聚集大量非晶态的BiO_x。这些氧化物导带位置均低于H₂/H⁺电位要求,不利于光催化完全分解水制氢。通过硝酸处理后,这些非晶态的氧化物BiO_x会被溶解,从而光吸收谱的可见光部分的拖尾消失,提高光催化完全分解水制氢的性能。Bi_xY_1-xVO₄固溶体只能吸收波长小于410 nm的光,为了拓宽对太阳光的吸收,本文进一步选取类石墨相的碳氮材料（g-C₃N₄）为研究对象。通过尿素煅烧制备得到g-C₃N₄,其光吸收边约为430 nm,利用原位光沉积H₂PtCl₆水溶液负载Pt颗粒作为助催化剂,实现其完全分解水。另一方面,未经改性的体相g-C₃N₄光催化分解水制氢的活性不高,本文利用熔盐法对体相g-C₃N₄进行改性,并在其中引入了碱金属钾离子（K⁺）。K⁺的引入缩小了禁带宽度,提高了光吸收范围,并且促进了光生电子空穴对的分离,从而提高了光催化分解水制氢半反应的性能。其次,利用水热法对体相g-C₃N₄进行改性,第一次实现了碱金属元素（Na⁺或K⁺）和非金属元素（O）共同掺杂的g-C₃N₄。水热法改性后的g-C₃N₄禁带宽度由2.96 eV缩小到2.72 eV。碱金属掺杂增强了g-C₃N₄的表面电负性,因此水热法改性后的g-C₃N₄在水溶液中可以形成稳定的胶体溶液,光催化分解水制氢半反应性能提高近8倍。最后,本文利用Pt负载的P25（商用二氧化钛）诱导的近场散射效应,从而产生对可见光的吸收（λ>420 nm）,实现可见光下光催化完全分解水。通过对其性能研究发现在全波段照射下和可见光照射下的Pt/P25光催化完全分解水的机理是不一样的。全波段照射下,P25为光催化及而Pt为助催化剂;可见光照射下时,两者角色反转,Pt为光吸收剂产生光生载流子,而在P25上发生光催化反应;其中,光照下诱导的缺陷会成为可见光下分解水制氢的空穴牺牲剂,从而降低热电子的复合,迁移至P25表面还原H₂O得到H₂。