多酸全称多金属氧酸盐,是一类具有丰富组成、结构和多种化学性质的纳米级无机金属氧簇类化合物,在光催化、电催化、质子导体、药物化学、有机催化和电致变色材料等领域具有潜在的应用价值。本论文利用多酸的类半导体性能设计和制备了两类新型的多酸基复合光催化剂系列,具有高效的可见光光催化降解染料活性;同时借助多酸丰富的组成和纳米结构特征设计和开发了新型的W/Mo基碳化物电催化剂,展现出高效的全pH电解水产氢性能。具体工作如下:1.设计制备了二维层状复合光催化剂Bi₂O_xS_3-x/Nb6O17（Bi/Nb）。利用Bi³⁺交换的K₄Nb₆O₁₇和硫脲,通过简单的水热硫化过程制得Bi₂O_xS_3-x/Nb6O17光催化剂。XRD结果证实复合催化剂由Bi₂O_xS_3-x和Nb6O17组成。高分辨透射电镜（HRTEM）表明Bi₂O_xS_3-x成功插层进入K₄Nb₆O₁₇层间。该催化剂具有高效的可见光驱动的降解典型有机染料模型甲基橙能力（λ>400 nm）。自由基捕获实验表明空穴h+和超氧自由基O₂^-起到重要作用。通过结构与性能对照分析推测杂化组分间有效的界面接触有利于光生电荷的迁移和分离,进而提高整个杂化催化剂的催化活性。这类二维层状复合物可作为潜在的高效可见光催化剂用于水污染处理和环境修复。2.设计制备了一系列多酸修饰的g-C₃N₄（POMs/C₃N₄）复合光催化剂。利用g-C₃N₄和各种多酸阴离子（包括SiW12O404-,PW12O403-,PMo12O403-）在水溶液中室温反应制得。XRD,TEM,XPS和EDAX测试证实多酸通过静电作用和氢键修饰到g-C₃N₄表面。光催化实验证实该类复合物具有高效的可见光光降解甲基橙能力（λ>400 nm）,并且改变多酸的含量和种类可调节复合催化剂的光催化活性。其中,5%SiW12修饰的g-C₃N₄具有最高催化活性。催化机理研究表明多酸作为电子受体能捕获C₃N₄的光生电子,从而促进光生载流子的分离,导致光催化活性的改善。3.设计制备了一种少层N掺杂碳包裹的P修饰碳化钨（P-W₂C@NC）电催化剂。该催化剂利用多酸H3PW12O40和二聚氰胺在氮气氛下高温煅烧得到。该催化剂展现出高效的电解水产氢性能,并可在全pH范围内具有高催化活性。电催化测试证实在酸性（pH=0）,碱性（pH=14）和中性（pH=7）的溶液中,当电流密度达到10 m A cm^-2时,P-W₂C@NC需要过电位89 mV,63 mV和185 mV。此外,该催化剂也在全pH范围内展示良好的稳定性。通过量化计算并结合实验结果分析得出,W₂C与氮掺杂碳层的复合,可有效降低催化剂的氢原子吸附自由能,提高电催化活性;此外P的掺杂也有效提高了催化活性。更重要的是少层碳壳不仅有效防止了W₂C纳米粒子在形成过程中的聚集和板结,而且保护了电催化剂不被外界环境腐蚀,极大提高了稳定性和导电性。这类碳层包覆和杂原子磷修饰的碳化钨纳米催化剂为开发全pH范围的高活性和稳定性的非贵金属电催化析氢催化剂提供了重要的设计参考。4.设计制备了负载于氮掺杂碳层上的磷修饰碳化钼（P-Mo₂C/NC）电催化剂。利用低廉环保的脲醛树脂UF与H3PMo12O40在氮气氛下高温煅烧制得复合催化剂P-Mo₂C/NC。UF的3D网状结构有利于多酸簇的单分散,能有效避免煅烧过程中的Mo₂C团聚。所制备的复合材料中Mo₂C纳米粒子具有较小尺寸（av.7 nm）和粒子尺寸均一（5¹2 nm）的特点。该类催化剂具有高效稳定的全pH电催化析氢活性。在酸性（pH=0）,碱性（pH=14）和中性（pH=7）的溶液中,当电流密度达到10 mA cm^-2时,P-Mo₂C/NC需要过电位109 m V,159 mV和83 mV。此外,该催化剂也在全pH范围内展示良好的稳定性。这一研究为制备高效、价廉的非贵金属HER催化剂提供新的设计方案。