氢气兼具高燃烧值和无污染两大优势，是理想的绿色清洁能源。目前工业化的制氢途径主要包括化石能源裂解和水的电解，存在成本高、耗能多和污染大等缺陷。直接利用取之不竭的太阳能光催化分解水制取氢气是一种兼顾能耗、资源和环境的，最为理想、最有前途和最安全的氢能开发技术。此技术实用化的关键和核心在于开发高效的可响应可见光的半导体光催化剂，此类光催化剂材料的开发也是限制该技术实用化的瓶颈。鉴于半导体光催化剂的发展现状，结合材料科学和纳米科技的发展前沿，本论文将n型有机半导体苝酰亚胺基分子（选择苝二酰亚胺衍生物为研究对象）及其超分子自组装的概念和方法引入光催化领域，构建了一系列新型的复合半导体光催化材料体系，系统研究了该系列光催化剂在可见光催化分解水制氢方面的性能，为半导体光解水制氢材料的发展提供了新的思路、实验依据和理论支持。本论文主要开展了如下几个方面的研究工作：1、设计并采用简单高效的合成路线制备了一系列酰胺位取代的苝二酰亚胺衍生物（PTCDIs）分子，包括对称取代的分子：N,N'-双十二烷基- PTCDI、N,N'-双（二甲基胺基-p-苯基）-PTCDI、N,N'-双（二甲基胺基-p-苄基）- PTCDI，和非对称取代的分子：N-十二烷基-N'-（二甲基胺基-p-苯基）- PTCDI、N-十二烷基-N'-（二甲基胺基-p-苄基）-PTCDI。其中，十二烷基的修饰有助于改善PTCDIs分子的溶解性，利于其进行超分子自组装；二甲基胺基-p-苯基和二甲基胺基-p-苄基均为富电子基团，用于和缺电子的PTCDI环骨架构成电子给体-电子受体型分子结构。2、采用简单的双溶剂相转移自组装策略，以三氯甲烷为良溶剂，甲醇为不良溶剂，研究了所制备的PTCDIs分子的自组装性能，探讨并对比了不同取代基对自组装行为及最终获得的聚集体形貌的影响，成功制备了一系列PTCDIs一维纳米纤维，其中十二烷基侧链修饰的分子具有规整的纤维形貌和更长程有序的纳米结构。这些PTCDIs纳米纤维具有热力学稳定的一维有序堆叠结构，可以从溶剂相转移至固体材料表面。3、通过与助催化剂铂（Pt）、二氧化钛（TiO2）、或石墨相氮化碳（g- C3N4）复合，成功构建了一系列新型的基于PTCDIs一维纳米纤维或聚集体的复合半导体材料，主要包括Pt/PTCDIs纳米纤维、Pt/TiO2/PTCDIs纳米纤维、PTCDIs（聚集体）/Pt/P25、PTCDIs（聚集体）/Pt/g-C3N4。其中，Pt均采用简单的紫外光还原方法原位负载在半导体材料表面；TiO2采用简单的有机钛源原位水解的方法负载在PTCDIs纳米纤维的表面；P25为德固赛（Degussa）气相法纳米TiO2产品；PTCDIs一维纳米纤维是采用双溶剂界面组装的方法获得，类似的手段也用于将PTCDIs聚集体与Pt/P25或Pt/g-C3N4的复合。该系列PTCDIs复合半导体光催化材料具有良好的光化学稳定性，与TiO2和g-C3N4相比，具有更好的可见光响应性能。4、在可见光（波长≥ 420 nm）的激发下，以含牺牲试剂甲醇或三乙醇胺的水溶液为反应体系，研究了上述复合材料作为光催化剂的光解水制氢性能。6小时内，Pt/PTCDIs纳米纤维的平均产氢速率可达0.035 μmol h-1，PTCDIs/Pt/P25的平均产氢速率可达0.075 μmol h-1，Pt/TiO2/PTCDIs一维纳米纤维的平均产氢速率可达0.125 μmol h-1，相对比，PTCDIs一维纳米纤维本身和Pt/P25几乎不具有可见光光解水制氢活性；PTCDIs/Pt/g-C3N4作为光催化剂平均产氢速率可高达0.375 μmol h-1，是Pt/g-C3N4光催化剂速率的10倍左右。有机半导体分子PTCDIs的电子给体-受体结构、π-π堆叠自组装及一维纳米纤维形貌、合适的匹配能级、良好的可见光响应性能、优异的光化学和热学稳定性等性能，对于以上复合半导体光催化剂在可见光催化分解水制氢的应用中起到关键的作用。