近年来,半导体光催化剂分解水制氢技术是最有可能解决能源问题的手段之一。TiO₂由于其稳定性好、资源丰富、无毒无害的优点,是众多光催化剂中最有发展前景的材料之一。由于其较宽的带隙（E_g=3.2 eV）只能响应太阳光中约5%的紫外光,而对太阳光中绝大部分的可见光不能响应。此外,TiO₂在光催化过程中光生电子和空穴容易复合,导致了TiO₂的量子效率和光催化活性很低。因此,对TiO₂进行改性提升其光催化制氢性能显得十分重要。助剂修饰是最有效的提高半导体材料的光催化性能改性方法之一。作为电子助剂中运用得最广泛的一类助剂,贵金属（如Pt、Au、Ag、Pd等）助剂可以改善TiO₂及其他光催化剂的性能,主要原因是由于贵金属能从半导体表面迅速捕获和转移电子。除了贵金属之外,有许多研究证明价格低廉、资源丰富的非贵金属（如Cu、Co、Ni等）可以用作电子助剂。在光催化制氢过程中,光催化剂中电子的转移和随后发生的界面催化反应都能影响光催化剂的光催化制氢活性。然而,由于大多数金属（除了Pt之外）都缺乏界面催化活性位点,导致了半导体光催化制氢活性提高得十分有限。因此,在金属上负载有效的界面催化活性位点能进一步提升光催化剂的制氢活性。本文基于金属与其界面催化位点协同作用增强TiO₂光催化剂光催化制氢性能,对金属（Au和Ni）与界面催化位点（硫脲和NiS_x）之间的协同作用分别进行了研究,具体研究结果如下:第一,本研究采用光沉积法和浸渍法制备了贵金属Au与硫脲共同修饰的TiO₂光催化剂（记为TiO₂/Au-S）。首先通过光沉积的方法将金属Au光还原在TiO₂表面,然后通过浸渍法在Au纳米颗粒表面选择性吸附硫脲分子,得到TiO₂/Au-S光催化剂。光催化实验结果表明:当硫脲浓度为0.05 mmol L^-1时,光催化制氢活性最高的TiO₂/Au-S样品性能达到了120.15μmol h^-1,分别是纯TiO₂(10.10μmol h^-1)、TiO₂/Au(75.35μmol h^-1)和TiO₂/S(13.23μmol h^-1)样品的11.9、1.6和9.1倍。经过四次循环制氢性能测试之后,光催化性能最高的TiO₂/Au-S光催化剂仍然能够保持稳定的光催化性能。基于上述实验结果,提出了Au与硫脲协同作用增强TiO₂光催化材料制氢活性的基本原理:金属Au作为高效的电子转移介质从TiO₂表面快速转移电子,硫脲中的胺基（-NH₂）作为界面反应活性位点从溶液中捕获H⁺离子,促进随后发生的界面催化产氢反应,Au纳米颗粒和硫脲分子协同作用进一步提升TiO₂产氢活性。第二,本研究采用光沉积法和水热法制备了非贵金属Ni与NiS_x共同修饰的TiO₂光催化剂（记为TiO₂/Ni-NiS_x）。首先通过光沉积的方法将金属Ni光还原在TiO₂表面,然后通过水热法在Ni纳米颗粒表面形成NiS_x,从而得到TiO₂/Ni-NiS_x光催化剂。光催化产氢性能表明:当Ni转化为NiS_x的量为30 wt%时,光催化制氢活性最高的TiO₂/Ni-NiS_x样品性能达到了223.74μmol h^-1,分别是纯TiO₂(10.10μmol h^-1)、TiO₂/Ni(27.91μmol h^-1)和TiO₂/NiS_x(99.75μmol h^-1)样品的22.0、8.0和2.2倍。经过四次循环制氢性能测试之后,TiO₂/Ni-NiS_x光催化剂仍然能够保持稳定的光催化性能。基于上述实验结果,提出了Ni与NiS_x协同作用增强TiO₂光催化材料制氢活性的基本原理:金属Ni作为有效的电子转移介质从TiO₂表面快速转移电子,在Ni纳米颗粒上原位生成的NiS_x中的不饱和S原子作为界面反应活性位点从溶液中捕获H⁺离子,促进随后发生的界面催化产氢反应,Ni纳米颗粒和NiS_x协同作用进一步提升TiO₂产氢活性。