环境污染和能源危机已经成为实现人类可持续发展中急需解决的两个重要问题。寻找清洁的可再生能源被视为缓解环境压力、解决能源危机的重要途径。太阳能是一种清洁的可再生能源,大量关于太阳能使用的研究已经被相继报道出来。氢气(H2)是一种高能量密度的清洁能源。自利用紫外光(UV)第一次成功的使用TiO2光催化裂解水后,基于半导体的光催化裂解水制氢代表了一种将光能转换为化学能的新途径。半导体光催化将水裂解成H2和O2,被认为是最有希望产生绿色的可再生能源的方法,该过程分别包括水的光还原和光氧化反应。由半导体能带理论和光催化原理可知,只有光子的能量大于半导体的带隙宽度才能激发半导体进行有效的光催化反应。常规的半导体光催化裂解水制氢体系绝大部分利用的是太阳光谱中高频的紫外光。然而可见光和近红外光占据了太阳光谱的绝大部分,所以光催化裂解水制氢技术只有利用好可见光和近红外光才能够有效的解决环境污染和能源危机问题。根据上述的背景以及我们的条件,我们设计了一系列的半导体异质结构的光催化剂用于光裂解水产氢。具体细节内容如下:1.首先,基于碳点(CDs)优越的光电子特性和铂(Pt)团簇活跃的析氢位点,我们设计出功能集成的r-CD/Pt光催化剂,应用于太阳光催化水还原制氢。在获得的r-CD/Pt复合材料中,r-CDs吸收太阳光子并将其转化为高能电子,然后将其有效的转移到具有高效质子还原能力的Pt团簇上用于氢气的析出反应。因此,在r-CD/Pt体系中实现了 r-CDs和Pt两者优异性质的高效耦合,得到了优异且稳定的光催化制氢活性,平均速率为681 μmolg-1 h-1。这项工作将两个功能组件集成到一个有效的析氢(HER)光催化体系中,并且深入了解复合光催化体系中功能耦合的调节。2.第二,基于铜(Cu)纳米颗粒的表面等离共振(SPR)效应和WS2催化析氢活性,我们设计组装WS2@Cu纳米复合结构。Cu颗粒的SPR能够拓展吸收太阳光至近红外区域,被用作太阳光子采集的天线,使得WS2@Cu复合催化剂具有全谱太阳光响应的光催化氢气演化活性。我们首先制备出超薄WS2纳米薄片,再通过简单的原位光还原沉积制备出WS2@Cu复合材料,由于WS2和Cu之间的界面相互作用,发生了有效的电荷转移,获得比纯Cu纳米颗粒和纯WS2纳米薄片更高的H2析出速率。在模拟太阳光照射(100mWcm-2)下,WS2@Cu纳米复合材料获得了 65mmolg-1 h-1的显著且稳定的光催化制氢速率。在这个体系中WS2充当电子储存器以俘获从Cu NPs生成的电子并抑制电子-空穴对的复合,同时Cu纳米颗粒的负载扩展了 WS2纳米薄片面内的活性位点。由于Cu纳米颗粒的SPR效应,复合样品在大于750nm波长光照射下同样实现了良好的光催化活性,这项工作可以为人造光合作用和太阳能转换提供一种新的通过等离子体介入从而利用近红外光谱的途径。