化石能源危机和环境污染一直是当今社会关注的热点问题,为此科学家已经持续研究了可再生能源和清洁燃料数年。氢能因拥有极高的燃值和无任何有害产物等优点是清洁能源的首选之一。然而氢能极高的制备成本严重阻碍了其在生活中的大规模应用。科学家需要研发一种新的低成本手制氢方法,因此太阳光分解水产氢成为了一项极富研究前景的课题。太阳能是一种真正意义上取之不尽用之不竭的清洁能源,而太阳光解水产氢刚好将这两者有机的结合在一起。TiO₂一直是光催化的热门材料,其有着较为出色的光催化能力、在地壳中的广泛存在、无毒、在强酸强碱中稳定等优点。然而由于其禁带宽度较大,只能利用太阳光中大约5%的紫外光,并且电子和空穴的复合效率较高。这两者极大的限制了TiO₂的光催化能力。近年来,多项研究表明半导体的复合能够有效的降低载流子的复合速率,提高催化剂的产氢效率,降低半导体的禁带宽度,延长催化剂的吸光范围。因此我们通过溶胶-凝胶法将Cu掺杂到TiO₂当中,发现不同形貌的Cu掺杂TiO₂有显著的催化效率和反应历程的差异。相比于普通的Cu掺杂TiO₂,具有特殊结构的催化剂表现出了约为2.5eV的禁带宽度以及16.25 mmol.g^-1h^-1的产氢速率,约为纯TiO₂的100倍。进一步通过各种表征手段发现样品具有高度的分散性和丰富的氧空位等特性,在催化过程中CuO会被光生电子自还原为Cu₂O,从而带来非凡的催化能力。此外,分别通过水溶剂常压干燥和乙醇超临界干燥获得了不同密度的SiO₂气凝胶。SiO₂气凝胶具有高的孔隙率、大的比表面积和化学性质不活波等特点,是一种良好的催化剂载体。将Cu-TiO₂纳米颗粒负载到SiO₂气凝胶中,获得了分散性良好的复合气凝胶,并表现出优异的光催化能力。