有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光伏性能(PCE)和简单的制备工艺而受到广泛关注。然而，界面处的电荷复合是制约PSCs光电转换效率进一步提高的关键因素。本文基于旋涂镀膜法利用室温合成的六氯锡酸铵(AH)晶体对钙钛矿薄膜(PSK)和电子传输层之间的界面进行修饰。AH是一种无机锡基钙钛矿材料，可以钝化PSK中的缺陷，建立更好的晶格匹配，从而提高PSK的质量和结晶度。开尔文探针力显微镜结果证实，AH促进了光生电子的定向迁移。飞秒瞬态吸收光谱结果说明AH有效缩短了电子抽取寿命，促进了界面电子转移。基于AH改性的优点，AH修饰的PSCs具有更高的PCE和更小的迟滞效应。

通过光催化将CO₂转化为高附加值碳氢化合物在可持续能源领域具有巨大潜力，但实现高活性和选择性仍然具有挑战性。本文中，一种新型的TiO₂/CdS异质结光催化剂在光催化CO₂还原中表现出优异的性能。优化后的催化剂的CH₄产率比纯TiO₂提高了4.2倍，且对CH₄的选择性高达65.4% (CO为34.6%)。其增强的活性源于独特的形貌，促进了CO₂的吸附和传质，以及CdS与TiO₂之间形成紧密的S型异质结，这提高了电荷分离效率，同时保持了强氧化还原电位。并且，飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)与原位漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)相结合，为光催化二氧化碳还原路径提供了直接证据，并确定了CdS上的硫位点是稳定*CH₃O、*CHO和*CO中间体的关键，从而促进选择性生成CH₄。此外，基于密度泛函理论(DFT)的理论计算进一步补充了实验结果。计算证实了S型异质结的电子结构特征，揭示了原子尺度上的能级和电荷转移机制。这不仅加深了我们对光催化过程的理解，还为进一步优化光催化剂设计提供了理论基础。总体而言，我们的工作展示了TiO₂/CdS异质结光催化剂在光催化CO₂还原中的优异性能。

共价有机框架材料(COFs)因其结构可精确调控且具有高比表面积，被认为是极具前景的过氧化氢(H₂O₂)光催化合成材料。然而，pH值对COFs在光催化合成H₂O₂过程中稳定性的关键影响尚不明确。本研究通过简单质子化策略显著提升了亚胺连接型COF的光催化H₂O₂合成性能。值得注意的是，质子化COF在弱酸性条件(pH ≥ 3)下表现出优异的稳定性，但在强酸性条件(pH < 3)下会发生不可逆水解。质子化过程发生在亚胺单元的氮原子上，具有双重功能：抑制超快电荷复合(由飞秒瞬态吸收光谱证实)以及直接为H₂O₂生成提供质子源。此外，在光催化体系中引入氟离子(F⁻)可进一步提高H₂O₂产率，F⁻的强电负性促进了电子从COF向F⁻转移，从而实现光生载流子的空间分离。机理研究证实H₂O₂通过双电子氧还原反应路径生成。这些发现阐明了质子化COFs的pH依赖性稳定性与活性，为载流子转移动力学提供了思路，并为开发高效稳定的COF基光催化剂用于太阳能驱动H₂O₂合成确立了设计原则。

光催化合成过氧化氢(H₂O₂)是一种至关重要的清洁能源转化过程，涉及对氧气的两电子还原。然而，这一过程常常受限于缓慢的水氧化反应，后者需要光生空穴的参与。为了应对此挑战，我们设计了一种双功能的S型ZnO/CdIn₂S₄异质结体系，将H₂O₂生成与增值的苄胺(BA)氧化反应进行耦合。在此双功能光催化系统中，CdIn₂S₄中的光生电子可以高效地还原O₂生成H₂O₂，而ZnO中的光生空穴则选择性地将BA氧化为N-亚苄基苄胺。得益于S型异质结的优势，相比于纯ZnO或CdIn₂S₄，优化后的ZnO/CdIn₂S₄光催化剂展示出显著更高的H₂O₂生成速率(386 μmol·L⁻¹·h⁻¹)和BA转化率(81%)。飞秒瞬态吸收光谱(fs-TA)结果说明，ZnO/CdIn₂S₄复合材料在光的激发下，在ZnO导带(CB)和CdIn₂S₄价带(VB)之间发生超快S型电子转移。此外，ZnO的VB空穴和CdIn₂S₄的CB电子的及时消耗，有助于加速ZnO/CdIn₂S₄ S型异质结界面中的电荷转移。本文中ZnO/CdIn₂S₄ S型光催化体系的创新设计为高效的双功能异质结光催化系统的开发提供了新的思路，并引入了一种利用fs-TA光谱研究S型异质结的新方法。

过渡金属羟基氧化物已被证明是水氧化反应的可靠助催化剂。然而，在水氧化过程中它们对H₂O及其中间产物的吸附能力不足，极大制约了水氧化速率的提高。在本研究中，H₂O及其中间体在MnOOH助剂的缺电子Mn^(3+δ)+上的自发增强吸附可以极大地促进水的快速氧化，从而在纯水体系中实现高效的光催化H₂O₂生成。首先，无定型MnOOH通过定向光诱导氧化方法选择性地沉积在AuPd改性的单晶BiVO₄光催化剂的(110)面上，从而制备了AuPd/BiVO₄/MnOOH光催化剂。光催化实验表明，所制备的AuPd/BiVO₄/MnOOH (0.5%)光催化剂的H₂O₂产生速率达到214 μmol∙L⁻¹，并表现出良好的稳定性和重现性。密度泛函理论计算和X射线光电子能谱表征表明，MnOOH的自由电子可以有效地转移到BiVO₄上，诱导缺电子Mn位(Mn^(3+δ)+)的产生，从而自发地促进H₂O及其中间体的吸附，增强四电子WOR反应，导致H₂O₂的高效生成。本文关于助催化剂与主体催化剂之间强相互作用的工作为其它高效催化材料的合理设计提供了一种新的思路。

Mo₂C MXene(Mo₂CT_x)由于其表面Mo活性位点具有类Pt的电子结构在光催化中展现出优异的析氢潜力。然而，Mo₂CT_x中的Mo位点在析氢反应(HER)过程中通常表现出过强的H吸附能力，显著限制了Mo₂CT_x的本征催化活性。为了削弱Mo活性位点的H吸附能力，本论文通过功函数诱导效应原位构建MoC-Mo₂C MXene异质结，实现了d轨道电子的调控。利用Co诱导的熔盐法将Mo₂C MXene原位转化为MoC，随后通过简单的超声辅助方法与TiO₂耦合，制备了MoC-Mo₂CT_x/TiO₂光催化剂。光催化产氢测试表明，最优的MoC-Mo₂CT_x/TiO₂样品实现了1886 μmol∙h⁻¹∙g⁻¹的产氢速率，分别是TiO₂和Mo₂CF_x/TiO₂(Mo₂CF_x通过常规蚀刻剂NH₄F+HCl制备)的117.9倍和3.9倍。实验和理论计算证实，MoC与Mo₂C MXene之间的功函数梯度诱导电子从MoC向Mo₂C MXene转移，从而削弱了Mo₂CT_x助催化剂中Mo活性位点的H吸附能力，进而提升了其HER活性。该研究为原位构建基于Mo₂C MXene的异质结以调控Mo活性位点的H吸附能力提供了一种新策略。