P型半导体光催化分解水是一种非常有前景的制氢方法。尽管对其反应动力学进行了很多研究并取得了不少进展，但建立其速率方程鲜见文献报道。本文采用积分电量和电化学阻抗谱等多种电化学方法研究了典型p型半导体氧化铜（CuO）光电化学分解水时光生电荷浓度、界面电荷转移速率常数及其与反应速率（光电流表示）之间的关系，力图建立其速率方程。结果表明，电极界面电荷转移速率常数与光生电荷浓度指数相关，光电流等于此速率常数乘以光生电荷浓度，反应级数（以光生电荷计）为一级，不同于常规化学反应速率方程和类似文献报道结果。这种光生电荷浓度相关的电荷转移速率常数主要是由于光生电荷在表面态中积累导致费米能级钉扎（伽伐伲电位是反应主要驱动力）和/或Frumkin行为（化学位是反应主要驱动力）引起。我们认为，该速率方程的建立对进一步研究CuO光电极析氢反应机理和设计CuO基高性能光催化剂具有指导意义。

氨（NH₃）是一种现代社会必需的化学物质。目前，工业上合成NH₃仍然采用的是Haber-Bosch过程，即以H₂和N₂为反应物在铁基催化剂的作用下于高温（400-600 ^oC）高压（20-40 Mpa）下将N₂转化为NH₃。然而，其效率只有10%-15%，同时造成大量的能源消耗，而且CO₂排放不可避免。开发构建可持续发展的清洁友好的新能源体系是解决能源危机和环境污染问题、实现碳达峰和碳中和的关键战略。半导体光（电）催化固氮可以利用绿色无污染的太阳能制取重要的基础化工原料氨，有望代替传统的化工制氨工艺，解决其能源消耗严重和环境污染的问题。本文概述了光（电）催化固氮反应及其影响因素、光催化、电催化和光电催化固氮反应实验装置与基本特征、光（电）催化固氮反应催化剂研究进展、光电催化固氮反应机理，着重论述了半导体光催化剂、光（电）催化固氮体系以及光催化固氮机理的最新进展，并对太阳能光催化固氮技术加以评述和展望。

石墨氮化碳（g-C₃N₄）因其出色的机械和热学特性而成为一种有价值的材料，可应用于光电转换器件、有机化合物合成的加速器、燃料电池应用或电源的电解质，以及储氢物质和荧光检测器等领域。g-C₃N₄可以采用不同的方法制备，且可得到多种形态和纳米结构，如为不同用途而设计的零到三维材料。近年来关于g-C₃N₄的报道很多，但缺乏涵盖纳米结构尺寸及其性质的全面综述。本文旨在对g-C₃N₄的光催化和电催化用途提供基本和全面的了解。通过涵盖合成方法、尺寸、形貌、应用和性能，重点介绍了g-C₃N₄纳米结构设计的最新进展。除了总结之外，我们还将讨论挑战和前景。从事g-C₃N₄纳米结构相关研究及各种应用的科学家、研究人员和工程师可能会发现我们的综述论文是有用的资源。

开发纳米结构材料微观特性和组成可控的制备方法，是发展具有明确功能特性材料制备技术的重要基础。脉冲电解法，一种自上而下的电化学方法，已被证明是制备纳米结构材料的可行方法，对合成锡氧化物基材料尤其有效。这种方法通过改变水性电解质的阴离子成分，可以有效地控制锡氧化物颗粒产物的组成和形状，从而避免在合成过程中使用额外的封端剂，并省去高温后处理步骤。本文结果表明，脉冲电解法得到的锡氧化物的组成和微观结构特性取决于氟化锡和氯化锡络合物不同的稳定性，以及氯化阴离子和氟化阴离子与锡氧化物表面不同的相互作用机制，并受到这些卤素阴离子不同的各向同性/各向混杂性的影响。该方法所获得的分散性锡氧化物的组成和微观结构特征决定了它们作为锂离子电池负极材料、光催化剂或铂基电催化剂混合载体亲氧组分的潜在应用。

聚苝酰亚胺被认为是光催化析氧的优异候选材料，但其光催化析氧反应活性的来源仍需要进一步的探索。本文基于X射线衍射谱解析了自组装合成聚苝酰亚胺的晶体和原子结构，并利用第一原理密度泛函理论计算阐明其电子结构，证实聚苝酰亚胺具有适合光催化析氧反应的能带结构和优异的电子激发效率。晶体轨道哈密顿布居分析证实，共轭结构中尿素和苝环之间的羰基氧原子是光催化析氧的反应活性位点。反应自由能变化计算表明，聚苝酰亚胺表面的光催化析氧反应遵循H₂O → *OH → *O → *OOH → *O₂的反应路径，过电位为0.81 V。通过对原子结构和电子结构的理论研究，本文阐明了聚苝酰亚胺光催化析氧反应的活性起源，为高效光催化析氧聚合物光催化剂的设计和改性提供理论指导。