21世纪,能源短缺是人类面临的一大难题.为此,人们开始把目光从石油和煤炭等不可再生能源转向清洁、高效、可再生的新能源.太阳能具有取之不尽、无污染和可再生等优点,在未来的新能源开发中必将占据重要的地位.氢能具有高燃烧值、燃烧产物无污染等优点.因此,利用太阳能光催化分解水制氢成为未来替代石油的新能源,成为当今研究热点.赤铁矿(a-Fe2O3)是一种n型半导体,禁带宽度只有2.2eV,可以吸收太阳光谱中40%的可见光;同时,其价格低廉、无毒,是一种理想的光催化分解水产氢材料.然而,它也存在以直缺点:(1)光生载流子复合严重;(2)空穴界面转移速率慢;(3)导电性差;(4)存在光腐蚀现象.目前报道的α-Fe2O3光催化分解水产氢效率还远低于其理论最大值(12.9%).为此,人们采用多种方法来提高其光电催化分解水产氢效率,但离实际应用还有不小的差距,而且方法比较复杂、成本较贵.本论文针对α-Fe2O3上述缺点,主要采用简单的电化学还原和电沉积等方法对其进行改性,以期提高光电化学氧化水性能或光电化学产氢效率.论文分四部分:第一部分,采用溶胶-凝胶法在导电玻璃(ITO)表面上制备了未掺杂和Ti掺杂α-Fe2O3薄膜电极,优化了制备工艺条件对材料光电化学性能的影响,验证了掺Ti可大幅度地提高α-Fe2O3光电化学氧化水性能;在此基础上,研究了染料敏化、表面氟化、Co3+浸渍处理和Al3+掺杂等方法对掺Ti a-Fe2O3薄膜电极光电化学氧化水性能的影响,发现染料敏化和表面氟化不能提高电极的光电化学性能,Co3+浸渍和Al3+掺杂可明显提高电极的性能,并具有良好的光电化学稳定性.第二部分,采用电化学还原方法对未掺杂和Ti掺杂α-Fe2O3簿膜电极在-1.2-0.6V(相对于饱和甘汞电极)电位范围内,于1M NaOH电解质中进行预处理.发现它可显著提高薄膜电极的光电化学氧化水性能,并具有良好的光电化学稳定性.与α-Fe2O3相比,电化学还原处理对Ti-Fe2O3的光电化学氧化水性能提高更加为明显.同时,采用扫描电镜、能量损失谱、光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、电化学阻抗谱以及Mott-Schottky等多种方法对电极性能提高机理进行了深入的研究.发现性能提高的主要原因是电化学还原处理导致光生载流子在薄膜电极/液界面转移速率加快和表面复合速率降低.物理上,因为部分的Fe2O3转化为Fe3O4或FeOOH,它们可做为催化剂促进了光电化学氧化水反应.该方法简单经济,可控性好,这为提高α-Fe2O3电极光电催化分解水活性提供了一种新的方法.第三部分,通过在掺钛氧化铁电极的表面电沉积In3+对制备的Ti-Fe2O3电极进行表面处理,其光电转化效率有了1-2倍的提高.采用浸泡煅烧的方法发现经过In(NO3)3水溶液浸泡过的Ti-Fe2O3电极光电流增加了1-2倍,其光电转化效果与电沉积后光催化效果相当,相比较而言,电沉积法所需的时间更短,药品的用量更少,试验步骤简单,费用也更低一点.通过一系列的表征证明电还原法提高掺钛氧化铁电极的光催化活性不是由于吸光系数造成的,而是由于经过电沉积后,其比表面积增加,光生载流子复合速率降低造成.第四部分,应用电化学阻抗谱研究了外加电位对未掺杂和Ti掺杂α-Fe2O3两种电极光电化学氧化水时界面电荷转移速率常数的影响.结果表明:随着外加阳极电位增大,两种电极的界面电荷转移速率常数均增大,但速率常数增幅比理论预期要小,表明电位并不是全部降落在电极的亥姆霍兹层,而是同时降落在空间电荷层和亥姆霍兹层(费米能级钉扎).光生电荷可在表面态中积累并导致电位在电极界面重新分布,并提高了界面电荷转移速率常数.与α-Fe2O3相比,外加阳极电位对Ti-Fe2O3的界面转移速率常数提高更为明显.