随着社会的进步和工业化的不断深入,环境和能源问题日益严重,利用半导体催化进行能源转化的技术因其具有环保、可持续等优点受到了人们的广泛关注。然而,目前半导体催化反应的效率依然较低,其中,影响效率提升非常重要的因素是载流子的分离效率。材料中的内建电场直接作用于载流子,可以实现载流子的高效分离,提高半导体催化的效率。本论文针对半导体催化材料中载流子分离效率低下的问题,提出了利用材料的电极性、极化表面以及异质结等方法,制备和构建具有内建电场作用的半导体催化材料,以此实现对载流子的高效分离,进而提高了光催化析氢、光催化合成、以及压电催化析氢反应的效率。通过表征材料的结构和相关催化性能,探索了在半导体材料中有效地构建内建电场的方式,研究了影响内建电场强度的因素,以及内建电场对催化反应效率的影响等,对今后构建高性能的半导体催化材料提供了新的视角和材料基础。本论文的主要内容包括:（1）通过调节电极性材料BiOIO₃极化方向的尺寸,调控了材料的内建电场强度,实现了对光催化析氢效率的调控。研究发现,随着材料厚度尺寸的增加,材料的内建电场作用增强,促进了光生载流子的分离,从而提高了材料的析氢性能。此外,在内建电场的作用下,催化材料的能带向有利于产氢的方向发生了弯曲。当Pt作为具有较大功函数的共催化剂负载在材料的表面时,由于Pt所形成的局部极化场以及催化活性位点,进一步提高了氢气的产率。（2）利用超声作用在压电半导体材料表面所产生的压电效应,实现了层状的MoS₂材料超声激发下的压电催化析氢。调节超声波能量,发现随着超声能量的增强,材料内部所产生的内建电场作用增强,载流子分离效率提高,产氢效率出现了大幅度提升。对材料进行酸处理,增加了材料表面的析氢活性位点;表面极性有机配体的修饰进一步增强了材料表面的极性,促进了载流子的分离,该催化体系实现了高效的产氢效率¹250μmol·g^-1·h^-1。（3）通过表面氟化处理构建了表面强极化场,提高了光催化选择性氧化反应的效率。介孔WO₃材料表面进行氟化处理后,结合介孔结构高比表面积和表面氟化作用后强氢键相互作用的特点,实现了在水体系中苯甲醇到苯甲醛的超高的选择性（⁹9%）和较高的转化率（⁵7%）的光催化选择性氧化反应。氟离子的强电负性在材料表面形成局部极化场,促进了空穴与电子的分离,空穴通过·OH间接氧化苯甲醇;另一方面,介孔结构提供了大量的O₂吸附位点,多电子还原过程将O₂还原产生双氧水,进一步生成活性的·OH,实现苯甲醇的选择性氧化。反应生成的·OH具备适中的氧化能力,有效的避免了苯甲醇的过度氧化,实现了有机反应底物在绿色溶液中的高选择性催化转化。（4）利用BiOCl材料在光激发下产生的光生载流子能被其内部存在的内建电场作用迅速分离在不同晶面的特点,实现了光催化高效生产双氧水的反应。尽管BiOCl的电子结构并不符合超氧自由基及羟基自由的生成条件,本研究中利用甲酸分子起到传输光生空穴的作用:光生空穴氧化甲酸成为HCOO·,HCOO·进一步与催化剂表面吸附的OH^-反应产生·OH进而生成H₂O₂。优化反应条件,在体系中通入O₂,通过O₂的氧化作用消耗光生电子,完成Bi³⁺和Bi之间的循环,提高了载流子的分离效率。此外,O₂还可以有效地降低材料表面的碳酸化速率,实现高效生产H₂O₂(1020μmol·h^-1)。