利用半导体吸收太阳能分解水产生氢气是同时解决环境污染和能源短缺两大危机的最有效方法。然而,限制这一技术应用于实际的核心问题在于缺乏高效、稳定的半导体光催化剂。经过几十年的研究,人们对半导体光催化分解水的原理已经有了深入的认识,但依然面临着不少的难题。例如,人们己知金属-半导体异质结的形成可提高光生载流子的分离效率,但对于金属在不同晶面上所形成的界面势垒对分离效率的影响研究较少;人们己知通过掺杂可以拓展半导体吸收光谱、提高光生载流子分离效率,但对于掺杂是否会影响光生载流子在催化剂表面的反应效率则了解不多。如果这些问题能够得以解决,不仅能够大大提高人们对光催化这种特殊催化反应的认识,还能帮助研究人员设计出更好的光催化剂。本论文试图通过在不同晶面上负载纳米Au的方式来研究不同界面势垒对于光催化分解水过程中光生电子-空穴分离效率的影响;此外,试图通过Ni掺杂TiO2体系来研究金属离子掺杂对于光生载流子在界面处催化效率的影响。具体内容总结如下:1.根据文献分别合成了以{101}晶面、{001}晶面为主的两种不同形貌的锐钛矿TiO2(即TiO2(101)和TiO2(001)),对比考察了两种TiO2在电子结构、能带结构与表面结构之间的关联性。实验结果表明,两种TiO2具有截然不同电子结构——TiO2(101)中存在含单电子的O,而TiO2(101)更易被还原。紫外可见吸收光谱和Mott-Schottky测试结果表明,两种TiO2具有相同的禁带宽度,但TiO2(001)的平带电位要比TiO2(101)低0.24V,这一结果很好地解释了 Ti02光催化剂中光生载流子“晶面分离”(光生电子迁移到{101}晶面,光生空穴迁移到{001}晶面)现象的起因。此外,通过吸附的方式将Au纳米棒与TiO2(101)和TiO2(001)复合,在此基础上探讨了肖特基势垒高度对Au纳米晶表面等离子共振效应产生的热电子的分离效率的影响。我们发现,由于TiO2(001)的平带电位比TiO2(101)更低,从Au纳米棒转移到TiO2(001)的热电子比到TiO2(101)更多,即形成了更高的肖特基势垒,热电子寿命也越长,因而可见光下分解水产氢的性质也越好。2.以钛酸钾纳米线为前驱物,将其在含Ni2+的溶液中进行水热处理,成功制备得到了形貌为梭状的Ni2+掺杂的锐钛矿Ti02纳米晶。紫外可见吸收光谱表征表明,Ni2+掺杂大大拓展了 TiO2纳米晶的吸光范围,不仅可以吸收400 nm以下的紫外光,在400～500 nm的蓝光区和600～800 nm的红光区也产生了明显吸收;光解水测试结果表明,适量的Ni掺杂可以大大提高了 Ti02纳米晶在全光下的产氢性能。然而,通过可见光下的产氢实验以及荧光寿命测试,我们发现Ni2+掺杂TiO2纳米晶的这种性能提升并不是来源于光吸收效率的提高,光生载流子的分离效率也和Ni2+的掺入与否无关,因此我们推测Ni2+的引入实际提升了 TiO2纳米晶的界面催化效率。