近年来,全球能源短缺、环境污染问题愈发凸出。氢能因其热值高、燃烧无污染等优势被视为能够解决上述问题的最佳能源之一。利用绿色丰富的太阳能催化水分解产生氢气是获得氢能的理想途径,而该技术的关键在于高效半导体光催化材料的设计和制备。虽然,目前已发现的多数纯相半导体能够表现出一定的光催化活性,但这些单相半导体的光吸收较窄、电子-空穴复合严重导致材料分解水制氢效率仍然较低。研究表明,将合适的两种或多种半导体材料进行复合构建,可以有效地增加光吸收范围和提升光生载流子的分离效率。但是复合材料的化学组成、结构、表界面性质、化学稳定性等因素会显著影响材料的光催化性能。因此,开发组成可控、尺寸可调、界面耦合紧密且化学稳定的复合材料是获得高效光催化材料的关键。硫化镉材料被证实不仅拥有与水分解匹配的能带结构,良好的可见光响应能力,更具备可调的低维纳米结构,是用于光解水产氢的理想材料。然而该类材料存在严重的光腐蚀、易发生光生电子-空穴对重组等不足,这极大地限制了其在光催化制氢方面的应用。本文以不同维度的硫化镉作为主体材料,将其与高电导率的超薄二维碳化钛纳米材料进行复合。通过可控构筑紧密的异质界面,促进光生电子的传输和载流子的空间分离、减少电子-空穴的复合、抑制硫化镉的光腐蚀,从而提高硫化镉材料的光催化产氢性能。具体研究内容如下:(1)分别以硝酸镉作为镉源,硫脲作为硫源,碳化钛作为组装平台,通过离子交换和静电自组装原理,使硝酸镉和硫脲吸附于二维碳化钛的表面,采用溶剂热法制备出一维硫化镉/二维碳化钛纳米复合材料。与相同条件下制备的一维硫化镉纳米棒相比,经二维碳化钛修饰后的一维硫化镉纳米棒其光催化分解水产氢的性能得到显著提升。研究结果表明,一维硫化镉与二维碳化钛之间形成的肖特基接触促进了电子向碳化钛的转移,而且具有类金属导电性的碳化钛进一步加速了电子的迁移;此外,碳化钛纳米片的超薄形貌特征、良好的亲水性以及全光谱吸收特性协同增强了硫化镉纳米棒的光催化制氢性能。(2)考虑到形貌结构和纳米尺寸对光催化剂的反应活性位点的暴露和复合界面性质的影响,本论文通过改变镉源和硫源物质、优化溶剂热的条件可控制备了二维硫化镉纳米片,并利用离子交换和静电吸附作用,实现了在碳化钛纳米片上原位生长硫化镉纳米片,进一步提升硫化镉/碳化钛纳米复合材料的光催化产氢活性。通过对二维硫化镉纳米片及其复合材料的形貌、结构和光电性质的分析发现,硫化镉形貌的调整优化了其与碳化钛间的接触界面,面-面耦合使两者之间形成了更加紧密的大面积的肖特基接触界面,这不仅保证了更多电荷从硫化镉向碳化钛纳米片的有效转移,在一定程度上也抑制光生电子-空穴对的重组,使更多的光生电子能够加入到还原反应中,同时复合材料其增大的比表面积有利于反应物分子的吸附,提高光催化制氢的速率。