为了减轻我国对部分化石类能源的依赖,降低碳排放,新能源的高效开发与利用已经成为了一个重要的研究方向。利用电解池进行电（光电）-化学能转化是有效利用间歇电能的策略之一,但发生在电（光电）阳极上的水氧化动力学较为缓慢,不理想的电荷转移与分离路径会限制电解池的能量转化效率的进一步提升。金属氧化物薄膜因其具有的独特优势而被应用于阳极材料的开发,如与基底具有更好的电学接触、更清晰的表界面结构适合作为研究模型、更易实现多级串联结构满足电解池设计需求等。为进一步优化阳极材料的电荷转移与分离路径,合理的材料结构调控与合成手段必不可少。其中复合结构构筑因选材广泛,构筑思路简单,而被广泛应用于催化剂的性能优化。通过复合结构构筑,利用两相或多相间存在的协同效应,可以增强催化剂的电荷转移与传输能力、改善催化剂表面催化位点和催化活性、扩展催化剂的光吸收范围,从而有效改善单一电（光电）阳极材料的水氧化动力学并优化电荷转移与分离路径,并提升电解池的能量转化效率。虽然,复合材料能够优化电荷转移与分离路径,但在不同复合结构中,协同效应优化电荷转移与分离路径的机理并不完全相同。此外,人们对于不同复合结构中协同效应形成的机制尚没有更加清晰的认识。因此,到目前为止,复合金属氧化物薄膜的构筑与调控策略比较有限。鉴于以上问题,本论文利用脉冲激光沉积系统通过引入外延插入层形成多层复合结构、利用金属等离子体诱导氧化物表面重构形成复合结构、在半导体基底上生长金属氧化物形成复合结构,三种有效的复合薄膜构筑手段,构筑了三种含有不同表界面结构的复合金属氧化物薄膜。随后,从电荷转移效应和轨道能级优化现象入手,分别讨论了不同复合薄膜结构中协同效应形成的机制,并详细研究了不同协同效应对电（光电）化学水氧化电荷转移与分离路径的影响机理,从而提出合理的复合金属氧化物薄膜电（光电）阳极的构筑策略。本论文的主要研究内容如下:1、引入插入层的钴酸镧复合薄膜构筑与钴酸镧表面电荷转移路径优化:在电化学水氧化反应中,过渡金属氧化物氧的2p中心与费米能级的距离是影响氧中间体的吸附与脱附的关键因素,然而关于这种轨道能级的优化方法还有待探索。利用脉冲激光沉积系统,在铌掺杂的钛酸锶（STO）（100）晶面上以外延La0.67Sr0.33MnO3（LSMO）插入层的形式来与La Co O3（LCO）形成多层复合薄膜（LCO/LSMO/STO）。通过研究材料价带顶结构和能量变化,发现LCO/LSMO之间存在电荷转移效应。LSMO中的eg电子可以通过电子交换作用,通过复合薄膜界面处的Mn-O-Co杂化轨道转移到LCO薄膜中,从而优化了LCO的氧2p中心位置,使其更靠近费米能级,这是一种明显的两相间的协同效应。基于对复LCO电解液界面处的电荷转移电阻的研究,可以发现更靠近费米能级的氧2p中心,能有效缩短活性中间体的O 2p轨道与金属3d轨道间的电荷转移间隙,提高氧中间体的吸附与脱附能力。使其电荷转移电阻随电压增大而迅速降低,并提高了其电化学水氧化活性。该研究提供了一种利用钙钛矿复合相间的电荷转移效应精确调整氧2p中心位置的新策略,为提高合电化学水氧化催化活性研究提供了新方向。2、钴等离子体诱导表面重构的钒酸铋复合薄膜与钒酸铋表面电荷转移路径优化:相较于电化学水氧化,光电化学水氧化的性能更加依赖于半导体材料表面电荷转移能力。通过脉冲激光辐照金属钴靶,得到钴等离子体羽辉。在原位的衬底温度控制下,通过钴等离子体诱导钒酸铋薄膜进行表面重构,得到了CoOx/BiVO4复合薄膜。通过Co的L边吸收谱可以发现,[Co O4]四面体与其周围结构之间存在电荷转移效应,另外,在最佳处理温度的样品中同样发现了V 2p3/2的主峰发生了偏移。这些电荷转移效应表明复合材料的表面电荷发生了重新分布,这是一种协同效应的体现。最佳处理温度的样品其在1.23 V v.s.RHE的光电流密度(Jph)达到了2.4 m A·cm-2是未处理的钒酸铋的3倍。因其表面电荷重新分布效应最为明显,其的表面光生电荷转移能力升提得最大（约3.6倍）,从而优化了钒酸铋表面的电荷转移路径,这是影响其光电化学水氧化的最关键的因素。相对于未处理样品,复合薄膜其表面光生电荷转移效率的提升还来自于Co2+/Co3+对表面电荷的累积作用和电化学水氧化催化中心的提供。通过理论计算模拟,可以发现Co Ox/Bi VO4复合薄膜价带顶位置出现了新的Co3d-O2p杂化轨道,钒酸铋表面产生光生空穴,可以通过该杂化轨道转移到水中,这是协同效应优化表面的电荷转移路径的体现。该研究提出的金属等离子体处理方法,可以被认为是一种新型的具有电荷转移效应的复合薄膜构筑方法。同时,该研究为解释协同作用如何影响电荷转移路径提供了新的视角。3、硅基钒酸铋复合薄膜的构筑及钒酸铋表面电荷转移和体相电荷分离路径优化:除了表面电荷转移能力会影响钒酸铋的光电化学水氧化表现,体相电荷的分离同样会影响了其光电化学水氧化表现。利用脉冲激光沉积系统,在单晶硅（100）上生长了钒酸铋而得到复合薄膜（BVO/n-Si）。相较于生长于FTO玻璃上的钒酸铋（BVO/FTO）,硅基酸铋复合薄膜（BVO/n-Si）由于较高的体相和表面光生电荷分离和转移能力,而展现出了更好的光电化学水氧化能力。光照下,硅内部的光生空穴,在光电化学水氧化过程中,能够与钒酸铋产生的光生电子相结合,这种协同效应,能够有效提高钒酸铋的光生电荷的体相分离效率。此外,钒酸铋薄膜的厚度接近于其光生电荷迁移长度,因此硅的部分光生空穴可以通过钒酸铋转移到水中,从而使该复合光阳极在大于500 nm波长下展现出较明显的入射光电流转化效率。这项工作分别解释清楚了钒酸铋与硅在该复合光阳极中的工作原理。同时,该工作说明了轨道能级优化对表面电荷转移和体相电荷分离路径优化的作用,提供了一种有效的优化钒酸铋光阳极性能的手段。本论文从电荷传递效应和轨道能级优化角度入手,讨论了不同结构的复合薄膜中协同效应优化电荷转移与分离路径的机制,为复合材料的构效关系研究提供了新视角。通过优化复合薄膜的表界面结构,提高了其电（光电）化学水氧化性能,为复合电（光电）阳极的构筑提供了新策略。