人类社会步入21世纪后,以能源为支撑的经济得到了迅速发展,伴随而来的是严重的环境污染和能源危机。大力寻求可替代化石燃料的二次能源同时提升可再生能源比如太阳能利用率成为我国发展的战略目标。而光电催化分解水技术利用半导体光电极直接将太阳能转化成清洁和可再生能源(例如氢),可有效解决能源需求并降低对环境的污染。高效、稳定的半导体光电材料设计与制备是实现高性能光电催化水分解的关键。该技术目前面临的最大挑战是严重的光生载流子复合和涉及四电子转移的缓慢水氧化动力学过程而导致的低的光电转换效率。针对上述问题,本文选取化学性质稳定的BiVO4和α-Fe2O3作为研究对象,通过助催化剂负载、p-n结构建、掺杂工程等方式来提高它们的光电转换效率。主要研究内容和结果如下: 1、通过在BiVO4光阳极上构建Ni掺杂的CoPi层,这样一种功能调控策略使得CoPi的角色由钝化变为活化,双金属体系的电子吸拉效应可以有效活化半导体/电催化剂和电催化剂/电解质的界面。光电测试结果显示,BiVO4/Ni1Co7Pi光阳极在1.23VRHE下具有4.15mA cm-2的光电流密度;使用实验室自主搭建的扫描光电化学显微镜(SPECM)以及强度调制光电流光谱(IMPS)对制备的光阳极进行了BiVO4/Ni1Co7Pi界面光生电荷行为表征,空穴转移动力学常数达0.78×10-2cm·s-1;通过电催化水氧化测试,探究了Ni掺杂对表面催化动力学的影响;此外,该策略在Fe2O3基底上也表现出良好的普适性。 2、以赤铁矿(α-Fe2O3)作为研究对象,提出一种“一石三鸟”的策略,成功构筑了P掺杂的负载CoOx纳米颗粒的Fe2O3光阳极材料。P:Fe2O3/P:CoOx在1.23VRHE处达到2.5mA cm-2的光电流密度,同时起始电位负移趋势明显,这主要归因于:1)CoOx的高效电荷攫取能力(p-n结)以及助催化剂的作用;2)P掺杂有效提高了Fe2O3的体相载流子密度和电导率;3)同时P化处理使得CoOx的水氧化能力得到增强。SPECM结果显示,空穴转移动力学常数达1.286×10-2cm·s-1;电催化水氧化测试结果表明,P的掺杂使CoOx的塔菲尔斜率从116.4mV dec-1下降至88.6mV dec-1。