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化石能源的大量使用给人类社会造成严重的环境污染和能源紧缺问题，利用可再生资源制备清洁无污染、并可持续利用的新能源是解决上述问题的有效途径之一。氢能能量密度高，燃烧产物只有水，能够循环利用，因而被认为是21世纪最有潜力的替代能源。太阳能作为地球的终极能源，具有可持续性强、能量巨大的特点，但太阳能由于在时间空间分布上的不均匀以及能量密度低的特点很难大规模的直接利用。如果利用光催化技术将太阳能以氢能的形式固定，则可以从根本上解决能源和环境问题。 在光催化制氢的研究中，高活性光催化材料的开发是研究的核心。光催化材料活性受热力学条件和动力学条件的限制：导带越高半导体材料光催化剂的还原能力越强，则产氢活性越好；制备具有特殊结构的光催化材料或者对半导体进行修饰也可以得到高活性的催化剂。本研究依据能带理论，通过对Aurivillius相钙钛矿氧化物进行酸化处理，选择性的剥离部分离子从而改变能带的原子轨道组成，提升导带，制备出具有完全分解水能力(无牺牲试剂)的光催化材料。通过质子化层状化物与CdS复合，利用二者导带位置的差异进行载流子的分离，从而合成高活性的可见光光催化材料。本研究还着眼于未来大规模制氢的要求，进行两步法(Z体系)系统的探索。 本文利用柠檬酸络合法(PC)制备了Aurivillius相层状钙钛矿K0.5La0.5Bi2Ta2O9和K0.5La0.5Bi2Nb2O9(KLBT，KLBN)，对其进行酸化后得到新型质子化的层状钙钛矿氧化物H1.9K0.3La0.5Bi0.1Ta2O7和H1.6K0.2La0.3Bi0.1Nb2O6.5(HKLBT，HKLBN)，考察了不同前驱体的合成温度对质子化层状物制氢活性的影响。结果表明，焙烧温度通过影响材料的结晶度和比表面积影响活性，当前驱体(KLBT和KLBN)的合成温度为900℃和1000℃时，HKLBT和HKLBN的活性最高。PC法可以在远低于固相法的温度下合成高结晶度的KLBT和KLBN，克服了固相法高温对Bi层的破坏造成，提高比表面积，较固相法活性更高。酸化过程中Bi的部分剥离使得Bi6p对导带贡献的减弱，导带上升。还原能力增强以及保持的层状结构对载流子良好的分离能力使得质子化后光催化材料的制氢活性远高于前驱体，其中HKLBT的活性最高并具有完全分解水产氢产氧的能力，氢氧比为2.9。连续性产氢测试及XRD，XPS表征证实了反应为光催化反应，并且材料具有良好的稳定性。利用能与层间离子进行交换的金属离子(基团)如Rh3+、(NH3)4Pt2+担载贵金属催化剂可以明显提高活性，热处理会导致质子的脱除使得结构破坏从而不利产氢。 制备了层状钙钛矿ABi2Ta2O9(A=K0.5La0.5，Ca，Sr，Ba)(ABT)及相应质子化层状化合物H-ABT(A=K0.5La0.5，Ca，Sr，Ba)。质子化层状化合物的层间距随着层间离子的增大而增大，带隙亦随层间距的增大而增大。其荧光激发波长均为305nm和345nm，对应的发射波长为450nm和490nm：前者为O2p轨道向Ta5d轨道的跃迁，后者归于O2p向Bi6p轨道的跃迁。质子化层状化合物能带结构和结晶度共同影响制氢活性，其活性顺序为 HBBT(120.3μmol·h-1)
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