在光电催化（PEC）分解水的领域中,二氧化钛（Ti O₂）作为一种n型半导体,因其成本低、无毒、稳定性好且具有能够分解水的导价带位置而受到了人们的广泛关注,然而,较宽的带隙、缓慢的电荷分离和迁移效率严重限制了Ti O₂在PEC水分解中的应用。因此,开发具有可见光响应且具备较高的光生载流子分离、利用效率的TiO₂基光电极材料是当前TiO₂在光电催化研究中的关键。目前,利用半导体复合改性不仅能够在应用中扩大TiO₂的光响应范围,还可以提高载流子的分离和传输效率。因此,本文采用水热法制备了金红石相TiO₂纳米棒阵列薄膜,利用半导体复合构筑了TiO₂/Cu₂O核壳结构和锐钛矿/金红石TiO₂（r-TiO₂/a-TiO₂）三维结构异/同质结,并采用非贵金属Al和氧空位进一步修饰复合材料,提升了TiO₂基复合电极在实际应用中的稳定性和催化活性等性能。结果表明,非贵金属Al修饰的TiO₂/Cu₂O核壳结构复合电极光电流密度达到了4.52 mA?cm^-2（1.23 V vs.RHE）,是单纯Ti O₂的5.95倍。通过光电化学表征手段得知,Al的等离子体共振效应和窄禁带半导体Cu₂O极大地改善了TiO₂对可见光的吸收,且TiO₂/Cu₂O p-n异质结构成的内建电场加速了载流子的分离和传输。同时,由于Al和表面自然形成的致密的Al₂O₃层可以保护内部的Cu₂O不被腐蚀,使电极在应用中的稳定性和催化活性表现出明显的改善。其次,采用水热法在金红石TiO₂上制备了的海胆状锐钛矿TiO₂,且用酸处理引入了丰富的氧空位。该复合电极的光电流密度为1.14 mA·cm^-2（1.23 V vs.RHE）,是单一r-TiO₂电流的1.6倍。通过对比实验表明,在应用中性能的提升归因于同质结的晶格高度匹配,有效地降低了内部缺陷浓度,抑制了光生载流子的复合,且形成的梯度能级可以促进载流子的分离和转移。而氧空位的引入提供了大量电子,在应用中极大地提升了电极的导电性。同时,氧空位还能够提供大量的反应位点,提升了电极的光电性能。