光电化学器件可以有效利用洁净的太阳能,因而在能源转换和环境治理等方面具有广阔的应用前景。由半导体催化剂构成的光电极是光电化学器件的核心。TiO2因其独特的光电性质和优异的热力学稳定性,成为了研究最广泛的光催化材料之一。但作为宽带隙半导体,TiO2在可见光辐照下的催化性能并不理想。贵金属纳米颗粒具有独特的局域表面等离子体共振（LSPR）效应,将其修饰在TiO2表面可以有效扩宽吸光范围,同时促进光生电荷的分离,是提高TiO2光电极在可见光辐照下的光电性能的重要途径。因此,合理设计和构筑高效的贵金属纳米颗粒修饰的TiO2光电极具有重要意义。光电极的结构对器件性能有着极大的影响。优异的光电性能一方面需要TiO2具有足够大的比表面积以负载更多的金属纳米颗粒,另一方面需要激发产生的光电子能够被有效地利用从而转换为光电流,即提高电子在TiO2中的传输并减少其与空穴的复合。基于此,本文从光电极结构的设计和优化入手,合成了具有快速电荷传输性能的长且分立的TiO2纳米线阵列,并在其表面修饰了 Au纳米颗粒,将其作为光电化学分解水反应的光阳极,研究其在可见光辐照下的光电性能;在此基础上,通过在TiO2纳米线阵列表面修饰超薄SrTiO3纳米壳层后再修饰Au纳米颗粒,进一步减少了电子与空穴的复合。本文通过探讨光电极结构与光电性能之间的构效关系,阐明了光电极的合理设计和可控制备对器件性能的重要影响,为未来设计高效光电极奠定了一定的理论基础。本文的研究内容分为以下两个部分:1、通过溶剂热的方法,合成了长且分立的一维单晶TiO2纳米线阵列,然后采用吸附还原的方式在纳米线表面均匀沉积Au纳米颗粒,构筑了 Au-TiO2纳米线阵列光电极。通过分析光电极的电荷动力学行为,研究了光电极结构与其光电性能之间的构效关系。研究结果表明,由于Au颗粒LSPR效应的影响,Au-TiO2纳米线阵列光电极的光电流密度远高于纯TiO2纳米线阵列光电极;更为重要的是,长且分立的TiO2纳米线阵列结构一方面为光电极提供了较大的比表面积以负载更多的Au纳米颗粒,另一方面其快速的电荷传输性能使得光电极即使在高电荷密度（高Au纳米颗粒负载量）的条件下依然具有较高的光电子利用率。2、在上一研究的基础上,通过二次溶剂热生长方法在纳米线表面沉积超薄SrTiO3纳米壳层,合成了 TiO2@SrTiO3核壳结构纳米线阵列,然后再进行Au纳米颗粒的负载,构筑了 Au-TiO2@SrTiO3核壳结构纳米线阵列光电极。通过对该光电极的光电性能以及电荷动力学行为的研究,发现在保留了长且分立TiO2纳米线所提供的大比表面积和快速电荷传输的基础上,SrTiO3纳米壳层的引入进一步促进了光生电荷的分离,因而相比于Au-TiO2纳米线阵列光电极,Au-TiO2@SrTiO3核壳结构纳米线阵列光电极具有更加优异的光电性能。