地球上生物生长所需要的能量与物质是由光合作用所提供的,经过该过程无机物将会转变为有机物,释放出人类生活所必需的氧气。在太阳光照射下,叶绿素分子吸收光能,经过电子传递,使钙锰簇合物将水分解为氧气和氢离子。科研工作者尝试构筑人工光合作用设计出各种各样的新型材料,希望可以更加有效地利用太阳能。其中捕光色素/无机半导体光催化体系因廉价易得、绿色环保等优势,成为广受关注的人工光合作用体系之一。二氧化钛材料作为目前最常用的无机半导体光催化剂,具有光稳定性、无毒无害等优点,但是同时也存在许多缺点,如只能被紫外光所激发,光生电子复合效率高等。一般而言,材料结构决定性能。科学家们制备出纳米管、纳米球、纳米线、纳米花、纳米片等各种不同结构的新型二氧化钛纳米材料,以提高其在光催化领域的性能。在这些材料中,中空结构二氧化钛材料具有较大的比表面积,可提供较为丰富的活性位点,表面能吸附较多光敏化剂分子,因此可以提高材料的光催化效率。基于国内外的大量文献报道和课题组前期的研究基础,本文第一部分工作是以磷脂囊泡为模板,通过内部界面限域法将钛酸四丁酯引入磷脂双层的疏水区域,限域其水解缩合反应,从而在疏水区域形成二氧化钛超薄壳层,通过高温煅烧去除磷脂囊泡模板,获得了具有超薄壳层结构的二氧化钛囊泡材料。第二部分工作使用天然染料叶绿素敏化二氧化钛囊泡材料,模拟类囊体膜的PSII系统,研究了复合材料在可见光范围下的捕光释氧性能,并且借助分子模拟等手段探究了复合材料的光催化水氧化机理。本工作的研究内容具体如下:（1）本文首先以磷脂囊泡为模板,采用内部界面限域法将钛酸四丁酯一步引入磷脂双层的疏水区域,通过钛酸四丁酯水解缩合反应制备出含有超薄壳层结构的钛基复合磷脂囊泡材料。接下来通过冷冻干燥,高温煅烧除去磷脂囊泡模板,获得具有超薄壳层结构的二氧化钛囊泡材料。通过SEM、TEM、EDS、激光粒度仪表征证明所制备的二氧化钛囊泡材料形貌完整,无塌陷和破损现象,化学组成主要为TiO2。椭圆偏振光谱仪推测出二氧化钛囊泡材料的壳层厚度在3 nm左右。红外光谱、XPS分析进一步证明二氧化钛囊泡材料主要含有Ti-O-Ti特征峰和Ti、O元素。使用XRD、HRTEM发现通过800℃高温煅烧后,二氧化钛囊泡材料同时存在锐钛矿相和金红石相,占据主导地位的晶型为锐钛矿相。使用紫外可见漫反射谱对比检测超薄二氧化钛囊泡材料与商用二氧化钛纳米粒子（P25）两种材料的光吸收性能,并计算两者能带带隙分别为3.16 eV和3.20 eV。使用Zeta电位仪检测,发现二氧化钛囊泡材料表面具有更负的电荷性。使用电化学工作站,甲基紫降解和亚甲基蓝降解实验对比检测两种二氧化钛材料光催化降解性能。其中超薄二氧化钛囊泡材料具有更高的光生电子的转换效率。在紫外光照30分钟后,二氧化钛囊泡材料对甲基紫的降解率可达80%左右,对亚甲基蓝的降解率可达95.33%左右。（2）为构筑人工类囊体仿生材料,模拟光反应阶段PSⅡ系统,在二氧化钛囊泡材料表面负载有机染料叶绿素分子,制备出二氧化钛囊泡/叶绿素复合材料。利用SEM、TEM观察叶绿素/二氧化钛囊泡复合材料结构完整,分散性良好。通过EDS元素分析表面Mg元素在二氧化钛囊泡材料表面分布均匀。使用紫外可见分光光度计表明叶绿素染料将复合材料的光吸收范围从紫外区域延伸到可见区域。此外,使用电化学工作站检测其瞬态光电流响应和电化学阻抗,推测复合材料存在更快更优异的光电转化效率。最后使用克拉克氧电极检测,结果表明超薄二氧化钛囊泡/叶绿素复合材料具有优异的捕光释氧性能。结合分子模拟等表征手段对其界面光电子转移机理进行了探究。