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氢能因其绿色环保、可循环利用等优点无疑会成为未来能源的主角。氢能的能量载体-氢气主要由水分解得到,电催化分解水制氢是目前制取氢气最为成熟的方式。但电催化分解水制氢存在电能装置复杂、能源机动性较差、对二次能源的耗费等问题。将光伏器件和电催化分解水制氢体系结合来构筑独立产氢体系则可以解决这些问题。利用太阳光照射光伏器件产生的电能为电催化分解水提供驱动力来制取氢气,不仅能够摆脱对外部电源的依赖,也能够解决光伏器件产生电能的输送问题,同时还便于构建简便的密闭系统用以收集氢气。这种器件的结合对解决当今能源问题是一个很有意义的研究方向。独立产氢体系的构筑包括三个关键性部分:稳定性好、低过电位电催化剂的制备;结构简单、性能优异光伏器件的制备;光伏器件和电催化分解水制氢体系的有效结合。本文围绕独立产氢体系的构筑,通过降低二硫化钼（MoS2）的尺寸和石墨烯的负载来增加MoS2催化活性位点和提高其导电性,制备具有优异性能的析氢电催化剂;通过制备三维网络状聚（3,4）乙烯二氧噻吩与石墨烯复合材料（3D-PEDOT/rGO）,获得高性能的染料敏化太阳能电池（DSSCs）;将3D-PEDOT/rGO基DSSCs与基于MoS2复合材料的电催化分解水制氢体系结合,构筑独立产氢体系,研究其产氢性能。取得的主要成果如下:（1）调控MoS2粒径大小增加析氢催化活性位点。采用水热法制备出花球状2H-MoS2,花球状MoS2的粒径为12μm。探讨了水热温度、水热时间、钼源浓度对微米级花球状MoS2电催化制氢性能的影响。制备的微米级花球状MoS2的析氢起始过电位为265 mV,是一种具有潜力的析氢电催化剂材料。利用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为表面活性剂,诱导花球状MoS2的成核与生长,既提高花球状MoS2分散性,又抑制了花球状MoS2的长大,制备出粒径均匀、分散性好、尺寸在纳米级别的花球状MoS2。探讨了PVP添加量对花球状MoS2粒径及电催化性能的影响,PVP添加量为150 mg mL-1时,花球状MoS2的粒径约为100 nm。分散性好的纳米级花球状MoS2暴露出更多的析氢活性位点,其起始过电位低至154 mV,比微米级花球状MoS2的降低了111 mV。以PVP诱导降低花球状MoS2的粒径,增加了边浓度和催化活性位点,使其电催化性能得到明显提高。（2）镶嵌MoS2于石墨烯层间提高电催化性能。采用简单的一步水热合成法将MoS2植入到石墨烯层间,制备MoS2被限制在石墨烯层间的复合材料（MoS2@G）。探讨了氧化石墨烯（GO）添加量对复合材料电催化性能的影响,当GO加入量为50 wt%时,MoS2@G复合材料呈现出最佳的电催化性能。MoS2@G复合材料的独特结构,不仅增加了其暴露的析氢活性位点数量,同时提高了复合材料的电荷传输性能,使其析氢起始过电位低至31 mV,塔菲尔斜率为45 mV dec-1。研究表明,MoS2@G复合材料具有优异的电化学稳定性,为长时间催化分解水制氢提供了可能。凭借着很低的析氢过电位和优异的电化学稳定性,MoS2@G复合材料足以与商业Pt/C电催化剂相媲美,MoS2的高储量和低成本使其在电催化分解水制氢的大规模应用中具有比Pt基电催化剂更大的潜力。（3）石墨烯负载3D-PEDOT加快电子传输增强光电化学性能。设计并利用两步电压聚合法在掺杂氟的SnO2透明导电玻璃（FTO）基底上聚合制备三维网络状PEDOT。3D-PEDOT呈现出由纳米线自缠绕成类球状颗粒,类球状颗粒堆叠形成膜状的结构。微球内部固有的孔隙和微球堆叠产生的空隙赋予3D-PEDOT大量的电催化活性位点,能够有效地还原I3-。研究了聚合时间、聚合电压、3,4乙烯二氧噻吩（EDOT）单体浓度对3D-PEDOT光电化学性能的影响。将3D-PEDOT组装成DSSCs取得了6.40%的光电转换效率,接近于Pt基DSSCs的光电转换效率（6.49%）。利用旋涂法在3D-PEDOT表面旋涂还原氧化石墨烯（rGO）进一步提高其导电性,rGO的加入降低了3D-PEDOT与电解液界面间的电荷转移电阻,提高了电子的传输速率。制备的3D-PEDOT/rGO具有比Pt更好的光电化学性能,组装成DSSCs后取得了7.12%的光电转换效率,相较于Pt基DSSCs的提高了10.97%。制备的3D-PEDOT/rGO可以替代Pt对电极应用在DSSCs中。该研究为PEDOT的制备及加快PEDOT上的电子传输提供了思路。（4）构筑并优化独立产氢体系用以分解水制氢。利用环氧树脂对DSSCs封装,封装后的DSSCs具有较佳的稳定性,在模拟太阳光照射3 h后仍能保持原有97.73%的开路电压,能够长时间为析氢反应提供稳定的电压。通过并行模式串联,提高串联DSSCs的输出电压,结果显示4个DSSCs串联后能够提供2.83 V的输出电压,同样具有很好的稳定性。将串联后的DSSCs与MoS2电催化体系结合构筑独立的产氢体系,串联DSSCs产生的电能驱动了水分解反应的进行。用全自动光催化系统测试其产氢速率,结果显示基于MoS2@G产氢电极、Pt产氧电极以及基于Pt产氢电极、Co3O4@CuO产氧电极的独立产氢体系分别在酸性环境和碱性环境中取得了6.28%和7.30%的太阳能-氢能转换效率,H2的析出速率分别为187.4μmol cm-2 h-1和221.8μmol cm-2 h-1。其中,Co3O4@CuO的高活性和多的催化活性位点数量使其在碱性环境中表现出比Pt更为优异的析氧电催化性能。分别以MoS2@G和Co3O4@CuO代替Pt作为产氢电极和产氧电极,独立产氢体系在碱性环境中的太阳能-氢能转换效率为4.53%,H2的析出速率为137.6μmol cm-2 h-1。构筑的独立产氢体系在太阳光的照射下可以直接分解水制氢,将太阳能转换为氢能,为氢气的制取提供了新的思路。