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探索高效、稳定和经济的可见光催化材料是光催化制氢技术实用化的关键之一。WO3和BiVO4是为数不多的可见光催化产氧材料,而可控合成具有独特微观形貌、晶相和光吸收性能的WO3和BiVO4及其对产氧效率的影响的研究并不多见。窄带隙(2.4 eV)的CdS具有优异的可见光催化产氢活性,但易发生光腐蚀限制了其应用。将CdS与异质基体复合能抑制光催化过程中的CdS的团聚和光腐蚀。纤维素和多壁碳纳米管均为CdS潜在的支撑体,但是迄今为止尚未见有相关的文献报道。为此,本论文开展了具有特殊微观形貌的BiVO4和WO3,CdS／纤维素复合膜和CdS/MWCNT复合材料的合成研究,深入探讨了反应条件、复合比例等对产物的微观形貌、晶相组成、光吸收和光催化性能的影响,初步揭示了光催化材料具有较高的催化活性和光稳定性的内在原因。采用电化学手段对BiVO4膜电极的光电化学行为、膜内电子输运与复合的影响进行了较为系统的研究。主要研究内容和结论归纳如下：(1)均相沉淀法制备了具有优异的可见光吸收能力的准球状单斜晶系纳米BiVO4,粒径分布范围19.4-38.9 nm。对比研究了BiVO4／AgNO3和BiVO4／Fe(NO3)3悬浮体系的光催化产氧性能及其长效稳定性。发现,BiVO4／AgNO3体系中光还原所形成的单质Ag负载在BiVO4表面,利于光生载流子的有效分离,可提高体系的产氧效率,但长时间光照后,过量的Ag负载导致体系的稳定性欠佳和再生困难；虽然BiVO4／Fe(NO3)3体系的产氧效率略低,但具有优异的长效稳定性和简便再生性,因而具有更为广阔的实际应用前景。(2)调节水热反应条件选择性地合成了微球和微片状BiVO4。水热温度较低时(≤160℃)获得产物为由纳米颗粒和纳米片组成的微球状团聚体,团聚体大小在7.12μm之间,为大量BiVO4(z-t)和少量BiVO4(s-m)的混合晶相。当水热温度较高时(200℃)产物是纯相BiVO4(s-m)微米片,厚度在80-120nm之间。较低水热温度下产物倾向形成高对称性BiVO4(z-t)微球,而高温下则易形成不对称结构BiVO4(s-m)微片。光催化实验结果表明,纯相BiVO4(s-m)的产氧效率明显高于混合晶相的产氧效率(3)以Na2SO4为导向剂水热法合成了六方相WO3纳米棒,并提出了棒状结构的形成机理。0.25M的Na2SO4存在时产物为分散性良好,大长径比的WO3纳米棒,直径在30.150nm之间,长度为0.5-5μm。Na2SO4浓度较小(≤0.25M),水热环境下形成WO3晶种的(200)晶面能大量吸附Na+,致使(001)界面生长形成纳米棒。Na2SO4浓度较大时(≥0.50M),前躯体吸附的Na+浓度过大,不利于立方相H2W2O7脱水晶化为WO3,致使产物为含有立方相H2W2O7和六方相WO3的团聚体。光催化结果显示,分散性良好,大长径比的WO3纳米棒具有最佳的光催化产氧活性。(4)采用原位沉淀制备了CdS／纤维素(RC)复合膜,通过调节纤维素浓度可调节CdS的固载量。当纤维素浓度从4%增加到5%时,立方相CdS固载量由1.96wt%增加到3.27 wt%,粒径约为8 nm。虽然复合膜中CdS含量小,但由于CdS与纤维素膜有较强相互作用,CdS／RC复合膜显示出优异的可见光催化产氢活性(1.323 mmol g-1h-1)。这主要是因为复合膜中CdS载流子有较快迁移速度,以及CdS粒子与溶液能够有效接触所致。经历10h光照的复合膜的产氢效率仍为5h光照膜效率的93%,说明复合膜具有优良的长效稳定性。此外,复合膜再生极为简便,因而具有极大的应用前景。(5)将原位吸附与水热法结合制备了CdS／多壁碳纳米管(MWCNT)纳米复合材料。研究了复合比例对复合材料的晶相组成、微观结构和光吸收性能的影响。CNT表面羧基化处理利于复合组分间实现化学键合,发挥协同效应。MWCNT的复合能有效提高材料在可见光吸收范围。与单纯CdS相比,大部分MWCNT/CdS复合材料都表现出更优良的可见光催化产氢活性。长效光照试验中,复合材料光催化产氢量高达2.019 mmol,是单纯CdS产氢量的2.45倍。籍此,认为MWCNT复合提高体系光催化产氢的机理为：CdS吸收可见光后,MWCNT作为电子定向转移通道,降低载流子的复合所致。(6)采用电化学手段对BiVO4膜电极的光电化学行为、膜内电子输运与复合的影响进行了较为系统的研究。研究了退火温度、膜厚等对电极的瞬态光电流、IPCE及平带电位等的影响。发现：退火温度能显著影响薄膜电极的光电特性。温度低于500℃时,光电活性随着温度的升高而增强,500℃煅烧时达到最大值。此后膜电极内的体相缺陷明显增加,电极的光电活性逐渐降低。IPCE测试结果表明,BiVO4电极有良好的可见光电转换效率,并利用IPCE和hv计算得到BiVO4的带隙为2.36 eV,莫特-肖特基电化学法测得其平带电位为-0.46 V(vs Ag/AgCl)。上述结果为今后BiVO4光催化体系的优化提供了参考依据