利用太阳能来满足世界的能源需求是从化石燃料依赖转变的—种有前途的方法。太阳能不仅是可再生能源,而且对环境友好,而且资源丰富。光电化学水分解是利用太阳能将水分子分解成其组成分子化和O2的—种有前途的方法。生成的化学燃料氢(H2)具有高燃烧能量,可以轻松满足能源需求和动力经济性,并且易于存储或运输。赤铁矿(α-Fe2O3)是在水分解中进行广泛研究的材料之一。赤铁矿是一种低成本半导体,具有约2.2 eV的合适带隙,当克服其缺点时,是未来大规模大规模生产H2的有前途的材料。它遭受缓慢的氧气析出反应(OER)动力学和较差的电荷传输。为了提高其水分解性能,将不同的助催化剂材料加载到其上以帮助其实现更高的效率。在本文中,我们使用富含地球的助催化剂材料(镍,钴和铝)来修饰赤铁矿光阳极,以改善其稳定性并增强电荷转移,从而获得总体上更好的光电化学系统。第1章介绍了光电化学(PEC)水分解的发展所面临的挑战,PEC水分解的有利材料以及与PEC半导体串联使用的OER助催化剂的一般介绍,以增强其在水分解方面的性能。探索了用于捕获和利用太阳能的不同技术,以便为研究选择工作提供见识。从自然光合作用等自然现象到当前的人工光合作用开发技术的灵感得到了强调和对比。在第二章中,讨论了将NiFeCoAlOOH纳米颗粒负载到掺杂钛的纳米多孔赤铁矿光阳极上。在此,我们首次报道了通过简单的化学配体控制氧化方法在掺Ti纳米多孔赤铁矿(Ti-PH)上装饰NiFeCoAlOOH纳米颗粒。由于改善了氧释放反应(OER)动力学并降低了电荷转移阻力,因此所得的Ti-PH/NiFeCoAlOOH光电阳极在1.23V vs.RHE下显示出2.46 mA/cm2的出色光电流密度,与Ti-PH或赤铁矿(H)。此外,在AM 1.5G(100mW/cm2)的光照下,与掺Ti的纳米多孔赤铁矿相比,光电流的起始电位阴极移动了~60mV。通过对不同负载量的助催化剂材料进行实验,给出了所有材料的合成方案,从而得出了最好的结果。X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),高分辨率透射显微镜(HRTEM)和能量色散X射线显微镜(EDX)表征了阳极系统,结果表明NiFeCoAlOOH纳米颗粒已成功修饰到Ti-PH纳米棒上。概述了电化学方法,并给出了超过6小时的出色稳定性。利用紫外可见漫反射吸收光谱,我们可以推断出整个系统的带隙略有改善,从而提高了光电化学性能。令人印象深刻的应用偏压光子-电流效率(ABPE)结果和入射光子-电流转换效率(IPCE)结果被展示出来,以进一步支持通过将NiFeCoAlOOH纳米颗粒装饰到Ti-PH纳米棒上而带来的改进。我们相信这项工作为设计用于光电化学应用的不同形态的高性能,稳定和廉价的催化剂提供了—种有前途的方法。最后,在成功开发了利用富含地球的金属作为助催化剂材料的无贵金属无光电化学体系后,对该技术的未来前景进行了展望。