随着能源紧缺和环境问题的日趋严峻,人们迫切需要寻求环境友好的新型能源。氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,在众多的制氢的方法中,如何利用太阳能高效制备氢气成为研究者的重点研究对象,异质结光催化剂具有特殊的能带结构以及载流子输送等特性,在光催化反应中能有效抵制光生电子和空穴的复合,从而提升量子效率,因此异质结在光催化领域得到了广泛的研究。基于此,本论文围绕异质结纳米材料光催化分解水制氢的问题,主要设计了以下几个方面的研究工作:(1)利用真空高温固相法合成了系列黄铜矿结构化合物及其异质结。诸如CuInS2、AgInS2、NaInS2、LiInS2、KInS2、ZnGa2S4(缺陷黄铜矿结构),以及异质结CuInS2-In2O3、AgInS2-In2O3、AgGaS2-Ga2O3。研究了它们的光解水制氢,并从一定的理论上论述了光解水产氢机理。研究发现,黄铜矿结构的硫化物大多都具有较低的带宽,其水解水反应可以在可见光的条件下进行,然而其活性却微乎其微,通过对其做了几种异质结之后,除了AgGaS2-Ga2O3,其它异质结的光解水活性也没有显著的提高,需要用另外的设计方法来制备活性较好的异质结。(2)重点研究了ZnGa2S4及其相关的异质结。利用真空高温固相法合成了一系列有关ZnGa2S4的异质结,如ZnS-ZnGa2S4、 ZnS-Ga2S3-ZnGa2S4、ZnS-Ga2O3-ZnGa2S4、ZnS+Ga2O3。研究了它们的光解水制氢活性,从一定的理论上论述了它们的光解水产氢机理。通过研究发现,ZnGa2S4是一个具有紫外可见光光解水活性的有缺陷黄铜矿结构的硫化物,具有介孔的微米片,并且具有较高的光解水活性,其活性达到了参比试剂CdS的活性的10倍左右,通过对其做了几种异质结后发现可以将只具有紫外活性的ZnGa2S4可以改性到具有可见光光解水活性,例如ZnS-ZnGa2S4、ZnS+Ga2O3在可见光条件下能表现出良好的光解水活性。另外通过掺杂改性将一个只具有紫外光响应的半导体转变为一个具有可见光响应的半导体,也就是对ZnGa2S4的固溶体ZnGa2(1-x)In2xS4研究,以及用CuGaS2对其进行进一步固溶研究,进一步提高了可见光的利用率。(3)研究了明矾结构化合物NaGa3(SO4)2(OH)6和H3OGa3(SO4)2(OH)6,利用水热法来合成这两种化合物,然后通过热分解母体得到不同晶型的Ga2O3异质结,再研究热分解产物的光解水活性。研究发现,随着温度的升高,热分解得到的Ga2O3的晶型由伽马相到贝塔相转变,当形成一个合适的伽马相和贝塔相比例异质结时,光解水活性达到一个最大值。另外,对母体化合物还进行了掺杂Fe和V的研究,实验结果表明Fe难以在这种条件下成功掺杂,而V可以成功。