由于结合了稀土金属离子与过渡金属离子不同的电子结构,稀土-过渡金属（3d-4f）簇合物具有特殊的光学、电学、磁学和催化性质。本论文聚焦于稀土-过渡金属簇合物的光催化性质,通过原位或者后修饰的合成方法将其与无机半导体材料结合,形成稀土-过渡金属簇合物/半导体复合材料。由于团簇金属之间的协同作用,稀土-过渡金属簇合物/半导体材料表现出了高效的电荷分离、转移效率和光催化活性。本论文以“稀土-过渡金属簇合物的光催化分解水性能研究”为题,通过将3d-4f簇合物与无机半导体进行结合,制备了一系列性质高效的光催化分解水催化剂,并详细表征了催化剂的稳定性以及解释了在催化过程中的反应机理。本论文的研究内容主要分为以下四个部分:1.稀土-钛氧簇合物Ln2Ti4的合成、修饰及光催化产氢性能研究。TiO2被广泛应用于光催化反应中,但是由于带隙过宽而限制了其应用,从而模拟类似于TiO2的分子催化剂具有很重要的意义。稀土离子具有减小钛氧簇合物禁带宽度的作用,且稀土离子在合成与研究催化性质过程中扮演着重要的作用。我们首先利用三甲基乙酸作为配体合成了一系列同构的钛氧簇合物Ln2Ti4（Ln=Eu,Gd,Tb,Ce）。其中,由于Eu3+合适的还原电位,使得Eu2Ti4相对于其他稀土的簇合物在全光照射下具有最高的光催化产氢性能。另外,我们又在原位合成簇合物Eu2Ti4的过程中加入CdS,合成得到以Cd2+取代Eu3+的Eu2-xCdxTi4簇合物。由于Cd-S键的存在,此簇合物作为催化剂在全光照射下具有较Eu2Ti4更高的产氢性能。另外,通过原位EPR的表征方法检测了还原态Eu2+的存在,揭示了光催化反应机理。2.稀土-过渡金属簇合物Ln52Ni56与CdS复合材料的光催化产氢性能研究。将异金属稀土-过渡金属簇合物Ln52Ni56负载在CdS半导体的表面,有效提升光生电子和空穴的分离效率,从而提高了光催化分解水的性能。研究发现在团簇负载的过程中,Ln52Ni56（Ln=Eu,Gd,Pr,Nd）团簇中的部分Ni2+可被Cd2+取代,形成了 Eu52Ni56-xCdx/CdS复合体系。光生电子不但可以转移到团簇的LUMO轨道,还可以转移到由稀土 Eu3+生成的Eu2+催化活性位点。正是这种多通道的电子转移途径使得Eu52Ni56-xCdx/CdS相比其他稀土同系物具有更高的光催化性能,达到25,353 μmolh-1 g-1。多金属间的协同效应为合成高效的光催化半导体复合材料提供了借鉴。3.仿生稀土-过渡金属簇合物LnCo3与PCN复合材料的合成及光催化全解水性能研究。基于大自然中光合作用系统Ⅱ（PSII）的中心核结构CaMnⅢ2MnⅣ2O5,我们合成了结构相似的稀土-过渡金属簇合物LnCoⅢ2CoⅡ。将该簇合物锚定在具有光敏性P掺杂的C3N4（PCN）上得到具有高效光催化全解水性能的催化剂,LnCoⅢ2CoⅡ簇合物与PCN通过Co-P化学键的作用不但实现了催化剂的稳定性,而且缩短了电荷分离、传输与转移的距离,促进了光催化性能,达到297.7 μmol h-1 g-1的产氢和148.9 μmol h-1 g-1的产氧性能。EXAFS和XPS证明了簇合物与PCN的键合作用和催化剂的稳定性。瞬态吸收（TA）光谱与DFT理论计算研究了光催化分解水的反应机理。催化过程中形成的Ln-O-O-Co体现了簇合物的协同效应并在全解水过程中起着重要的作用。4.高核稀土-过渡金属簇合物Ln36Co12的电催化水氧化性能研究。我们合成了一系列稀土-过渡金属簇合物Ln36M12（M=Co,Ni）,Ln36M12为三层空心的三明治结构,上下两层为12个Ln3M立方烷单元相连,中间部分为Ln5立方锥单元相连的结构。我们研究了簇合物均相催化剂在0.5 MNaAc/HAc下的电催化产氧性能。实验结果表明,pH=5.8时得到最优的催化活性（TOF=1.5 s-1）,并对这一催化机理做出了合理的猜想。用DLS和EXAFS的方法验证了簇合物在缓冲溶液中催化前后的稳定性。