随着全球经济的快速发展,人们对能源的选择要求越发的高,对环境友好的新能源受到广泛的重视。光电化学催化分解水制氢获得广泛关注。在众多光电化学催化分解水光阳极材料中,赤铁矿(α-Fe₂O₃)具有较窄的禁带宽度,为2.1~2.2 e V,使其对太阳能的理论吸收效率可达到16.8%。此外,它还有具有无毒无害、价格低廉、储量丰富且化学性质非常稳定等优点,使赤铁矿成为理想的半导体光催化剂之一。然而,α-Fe₂O₃也有其局限性:导电性能差(10^-2 cm²V^-1s^-1)、光生载流子存活时间短,电子-空穴对复合严重。为了克服α-Fe₂O₃的固有缺陷,人们通过元素掺杂、形貌控制、表面处理、复合半导体等改性措施来提升其光电性能。本文主要采用了操作简易、对环境友好的电沉积法和水热法制备Fe₂O₃基光阳极,同时通过元素掺杂、形貌控制及表面处理等改性措施来提高其光电性能,主要的结论如下:(1)通过阴极电沉法制备了Fe膜,然后进行退火处理来制备原始α-Fe₂O₃光阳极。通过草酸腐蚀获得了Fe₂O₃-H₂C₂O₄光阳极,同时通过草酸腐蚀协同钛酸四丁酯浸泡制备了改性的Fe₂O₃-H₂C₂O₄+TBT光阳极。在1.23 V(vs.RHE)的条件下,与α-Fe₂O₃的0.27 m A cm^-2相比,Fe₂O₃-H₂C₂O₄光电阳极的光电流密度增加至0.34 m A cm^-2,H₂C₂O₄与Ti(OBu)₄协同反应制备的样品Fe₂O₃-H₂C₂O₄+TBT的光电流密度增加至0.59 m A cm^-2。Fe₂O₃-H₂C₂O₄光阳极的PEC性能提高的主要原因是其比表面积和载流子浓度的增加。而Fe₂O₃-H₂C₂O₄+TBT光电阳极的性能改善不仅是由于比表面积的增加,还由于Ti掺杂提高了电极的电导率。(2)采用二次电沉积法制备了具有核壳结构的枝晶状F/Ag-Fe₂O₃光阳极。通过电沉积在FTO上沉积了枝晶状的Ag膜,然后在Ag膜上电沉积Fe膜,最后经过表面氟化处理获得F/Ag-Fe₂O₃光阳极。1.23V(vs.RHE)偏压下,α-Fe₂O₃和F/Ag-Fe₂O₃光阳极的光电流密度分别是0.14 m A cm^-2和0.77 m A cm^-2,F/Ag-Fe₂O₃光阳极的光电流密度是α-Fe₂O₃光阳极的5.5倍。F/Ag-Fe₂O₃光阳极的光电性能提升的主要原因是导电性能的提升和比表面积的增大,使其体电荷分离效率及表面电荷注入效率都有显著的提升。(3)通过原位水热法制备了ⅣB族离子掺杂的α-Fe₂O₃光阳极,发现掺杂原子比为1.5 at.%时光电化学性能达到最佳,而且随着掺杂元素半径的增大,对Fe₂O₃光阳极的光电性能提升越显著。在1.23V(vs.RHE)偏压下,光电流密度从基础氧化铁的0.43 m A cm^-2分别增加到Ti-Fe₂O₃、Zr-Fe₂O₃、Hf-Fe₂O₃的0.64 m A cm^-2、0.94 m A cm^-2、1.04 m A cm^-2。ⅣB族离子掺杂α-Fe₂O₃光阳极光电性能增强的主要原因是掺杂离子引起了施主浓度的增加,增强了其导电性,同时增加了样品的结晶度,使其活性表面积更大。而随着第ⅣB族离子半径增大,离子的核内质子数增多,对核外电子的吸引就越大,电子浓度也就越高,光电性能越强。