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工业革命以来,随着经济全球化及科学技术的不断发展,人们的生活方式越来越便捷,生活质量也越来越高。但与此同时,带来的各种环境和资源问题也日益严重,其中水污染和化学能源的短缺是最严重的问题。20世纪后期发展起来的以半导体金属氧化物为催化剂的光催化技术,可以用来降解有机污染物和分解水制氢,为我们提供了一种解决环境污染和能源短缺的思路。目前应用最广泛的还是TiO2催化剂,但由于其较宽的带隙仅能利用太阳光中占比很小的紫外光,对太阳光的利用率很低,所以对于窄带隙半导体光催化剂的研究是当前研究的重点。铜氧化物是常见的P型窄带半导体,由于其低廉的价格和很强的可见光响应的特点被认为是前景广阔的光催化剂,在近些年被广泛研究。但铜氧化物的电子空穴容易复合导致其光催化效率不是很高。本文旨在通过对铜氧化物的修饰来增强其光催化性能,并讨论了其光催化性能提升的机理。主要的研究内容和结果包括:1.使用乙醇淬火法来修饰CuO纳米晶体表面。具体的做法是将温度为800℃的CuO纳米颗粒在无水乙醇中快速淬火,之后过滤干燥获得经表面修饰的CuO。经表面修饰的氧化铜在紫外-可见光照射下对罗丹明B（Rh B）溶液的降解表现出比没有修饰的氧化铜具有更高的光催化活性。X射线光电子能谱和电子顺磁共振谱等表征手段表明CuO纳米颗粒经过乙醇淬火处理之后,高浓度的氧空位在被修饰的CuO表面形成,X射线衍射和X射线光电子能谱的测试结果表明CuO纳米颗粒经过乙醇淬火后被部分还原生成了Cu2O和Cu,所以CuO-Cu2O异质结和Cu与CuO或Cu2O的肖特基异质结也可能形成,从而促进了电子-空穴分离,增强了其光催化活性。2.直接通过与TiO2混合研磨来修饰纳米CuO晶体的表面。被修饰后的CuO（M-CuO）在模拟太阳光照射下光催化分解水产氢的性能有明显提高,是同样条件下TiO2的4.35倍。这种修饰纳米CuO的方法简便,高效且环保。利用X光电子能谱与电子顺磁共振谱等结构表征技术,证实了该方法能够在M-CuO中生成氧空位;紫外-可见光漫反射吸收光谱的结果表明M-CuO对可见光的吸收依然很强,但其带隙从1.59e V变宽到了2.7 e V,可以产生具有更强氧化还原能力的光生载流子,达到了光催化产氢的条件。基于这些原因,M-CuO在模拟的太阳光照射下显示出优异的光催化产氢效率。3.利用密度泛函理论（DFT）方法计算铜氧化物（CuO和Cu2O）和含有氧空位的铜氧化物（CuO和Cu2O）的能带结构和态密度,从理论上探索存在氧空位缺陷时,铜氧化物（CuO和Cu2O）的电子结构变化。结果表明CuO和Cu2O的价带都主要由Cu的3d电子和O的2p电子构成,而导带主要由Cu的3p电子和O的2p电子构成;对于含有氧空位的CuO和Cu2O,其价带和导带的电子构成与CuO和Cu2O相比并未发生变化,只是带隙略微变大。氧空位还可以导致CuO晶体的价带和导带之间出现一个缺陷能级,该能级主要是由Cu的4s,3p电子和O的2p电子构成。由于缺陷能级的存在,电子可以从价带顶跃迁到缺陷能级,再由缺陷能级跃迁到导带底,从而提高电荷-空穴分离效率,提升CuO的光催化活性。