利用太阳能光催化分解水制备氢气是应对日益严重的能源危机的一种有效解决途径,因此,设计高性能的光催化剂变得尤为重要。本论文选择硫化物半导体异质结、异相结作为研究对象以提高在太阳光光谱中占据较大比重的可见光利用效率。作者探索实现对硫化物半导体异质结形貌、半导体之间的匹配、异相结核壳构筑的控制的有效方法,系统研究上述诸因素对硫化物半导体异质结可见光光催化产氢性能影响;此外,本文还将ZnO作为助催化剂引入到硫化物异质结中,并研究ZnO助催化剂加载对硫化物半导体异质结载流子传输和利用效率的影响。本论文中对硫化物半导体异质结的设计和优化策略将为未来设计和制备高效、稳定的太阳能转换材料提供新的思路。具体而言,本论文主要包括以下几个方面的内容:1.首次采用一步法合成具有不同形貌(0D-2D)和半导体匹配(随机分布、界面缓冲和CdS量子点敏化的核壳结构)的三元硫化物半导体异质结(ZnS-Zn1-xCdxS-CdS):其中CdS量子点敏化的Zn1-xCdxS@ZnS核壳结构充分利用了 ZnS,Zn1-xCdxS,CdS的优点,表现出了最好的光催化性能(100.2 mmol/h/g),及最优的光催化稳定性(超过30 h)。2.通过控制异质结前驱物尺寸实现对硫化物异质结的形貌的调控,且具有最小尺寸的Zn1-xCdxS/CdS异质结具有最大的活性位点暴露数目和最优的光催化产氢性能(22.99mmol/h/g)。另外,采用原位法将ZnO作为助催化剂负载到Zn1-xCdxS/CdS异质结上,由于ZnO助催化剂对硫化物半导体异质结光激发载流子具有较好的分离特性,且其中氧空位可以作为有效的产氢位点,ZnO加载可显著提高该硫化物半导体异质在Na2S+Na2SO3溶液中的光催化产氢性能(84.17 mmol/h/g),特别是在甲醇牺牲剂中的产氢性能;另外,即使在没有牺牲剂的反应溶液中,该催化剂也具有明显的光催化产氢性能。3.CdS作为光催化剂时面临产氢性能较低,稳定性较差等缺点,在本文中,我们首次利用简单的水热法通过控制反应过程中热力学、动力学参数合成以CdS六方相作为核、CdS立方相为壳的核壳结构,并通过调节反应时间连续地控制立方相壳层的厚度;我们系统分析了该核壳结构的立方相壳层厚度对光催化产氢性能的影响,结果表明合适壳层厚度(2.4 nm)的异相结核壳结构不仅具有更优的光催化性能(742.5 μmol/h),而且稳定能达到400 h;即使在空气下,该催化剂依然具有较好的稳定性(100 h)和较高的光催化产氢性能(为六方相CdS真空条件下产氢性能的109倍)。