利用半导体光电催化技术可以将低密度的太阳能转化为高密度的化学能,是解决能源和环境问题最有效的方法之一。基于硫(氧)化物的半导体材料具有禁带宽度窄、导价带位置合适等优点,在光电催化应用方面有着独特的优势。但是也存在一些缺点,如:光生电子-空穴复合几率较高,量子效率低,光腐蚀性严重等。鉴于此,本论文设计开发了非易失性极化场诱导光生载流子分离的CdS/Au/Ti/Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3光电极、助催化剂CoPi修饰的CdS纳米阵列光阳极和基于La5Ti2AgS507产氢半导体的Z型光催化粉末体系等三种高效稳定的光电催化体系。并从水分解这个重要应用方面对其光电催化性能和反应机理进行研究。探索出半导体界面特征与光生载流子迁移及光催化活性之间的内在联系。本论文的研究内容主要为以下三部分:针对CdS载流子复合几率较高的问题,我们构筑了CdS/Au/Ti/Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3(CdS/Au/Ti/PMN-PT)光电极,通过外加电压对PMN-PT单晶衬底进行极化,使其内表面产生特定方向的非易失性极化电场,从而提高光生载流子的分离效率。研究发现,正极化的CdS/Au/Ti/PMN-PT在没有任何外加偏压和负载助催化剂的条件下,实现了1.70 mA/cm2的光电流密度。此外,通过构建正、负极化CdS/Au/Ti/PMN-PT的双电极电池体系,获得了0.19%的太阳能转化氢气(STH)效率。采用水热法与光辅助电沉积法构筑CdS/CoPi纳米阵列薄膜电极,解决了CdS表面反应动力学较慢的问题。研究发现,该光阳极在电压0VvsRHE下的光电流密度高达4.7 mA/cm2,是纯CdS电极的5.5倍。通过XAFS和DFT理论模拟分析,探明了与半导体有良好界面接触的助催化剂的本质及作用机理。采用固态反应法构筑了以La5Ti2CuxAgl-xS5O7为产氢半导体的Z型光催化粉末体系。研究表明,以La5Ti2AgS507为产氢半导体,负载Pt/NiS为产氢助催化剂;使用WO3为产氧半导体,PtOx为产氧助催化剂,I3-/I-为氧化还原电对,实现了可见光下全分解水制H2和O2,表观量子效率达0.12%@42Onm。