可转化太阳能为绿色清洁易储存氢能的光电化学(PEC)水分解研究为人类应对能源危机、解决环境污染问题以及实现可持续发展提供了重要的技术手段。因涉及四电子的水氧化反应过程通常决定水分解的最终效率,选择和优化光阳极便成为提升水分解效率的关键所在。具有合适带隙、较低开启电势、稳定化学性质和低廉成本等优势的BiVO4被广泛用作光阳极材料。然而,严重的光生载流子复合、迟缓的表面氧化动力学、较差的光生载流子分离和转移行为严重阻碍了其水分解效率的提升以及实际应用。本论文采用金属硫族簇合物辅助的多金属掺杂和双金属助催化剂构筑等设计合成策略有效改善了 BiVO4光阳极的分解水性能,并较为详细地阐释了性能提升的内在原因。具体研究内容如下:(1)Cu-Ga-Sn三元金属硫族纳米团簇辅助的BiVO4光阳极修饰与光电催化分解水性能研究借鉴多价态金属混合策略合成了首例含Cu-Ga-Sn三元金属的孤立型T5金属硫族纳米团簇,并利用其作为多元金属掺杂剂原位构筑了 Cu-Ga-Sn三元金属掺杂的BiVO4光阳极(BiVO4-CGS)。性能测试研究表明,BiVO4-CGS光阳极在1.23 V(vs.RHE)处的光电流密度(2.5 mA cm-2)是纯BiVO4光阳极的2.8倍。对比实验表明,三元金属掺杂的样品相比于单掺杂和双掺杂具有明显的优势。进一步光电测试表明,多元金属掺杂促进了 BiVO4光阳极中的光生载流子的体相分离,加速了其表面产氧反应(OER)动力学。(2)Fe-Sn双金属硫族簇合物辅助的BiVO4光阳极助催化剂的构筑与光电催化分解水性能研究将双金属硫族簇合物{[Fe(phen)2]2Sn2S6}(命名为FeSnS)的分散液旋涂于电沉积法制备的BiVO4光阳极表面,空气中后退火可促使BiVO4光阳极表面形成一层助催化剂(命名为FeSnOS-BiVO4)。光电测试表明,FeSnOS-BiVO4光阳极在1.23 V(vs.RHE)处的光电流密度达到了 3.1 mA cm-2,是纯BiV04光阳极的3.4倍。进一步光电测试表明,助催化剂促进了 BiVO4光阳极中的光生载流子的转移和分离,减小了界面阻抗。