从自然光合作用学习是人工光合作用系统发展的理性和有效途径,但它仍然是一个很大的挑战。水的分解反应涉及四个电子和质子的电子-空穴分离及转移。其中水被半导体光电极分解,产生氢和氧,但半导体表面反应动力学迟缓仍是急待解决的问题。因此,寻找合适的催化剂提升半导体电极表面反应动力学,是十分有必要的。本文组装了一个光电催化系统,模拟P680发色团的各种效果,体系以电沉积法制备的半导体钒酸铋为底物,BiVO₄吸光产生光生电子和空穴。同时采用了一种简单的方法,沉积钙锰氧化物为空穴传输层,在层上电沉积Co-Pi催化剂,首次建立了锰钙钴间的催化体系,研究了CaMnO_x空穴传输层到Co-Pi助催化剂上的电子转移机理,完成了光催化水氧化中对光体系II的模拟,提高了体系水氧化能力,在1.23 V vs RHE下复合电极光电流密度达到了2.30 m A cm^-2。通过电化学测量研究了光阳极的电荷转移行为,了解了MCoO_x（M=Sr,Ca,Zn,Y）增强BiVO₄薄膜的PEC性能的潜在机理。适当Co/Ca比率的无机氧化物Co和Ca位点之间的吸电子/给电子效应,可帮助钙离子有效地抑制半导体表面电荷重组,极大增强光阳极的水氧化动力学,在1.23 V vs RHE下,BiVO₄/Ca CoO_x电极在水溶液中光电流密度可达到2.46 m A cm^-2,起始电势显示出较大阴极移位。同时本文证明了具有路易斯酸的惰性氧化还原金属离子对水氧化机制的促进作用,复合光阳极的催化能力随惰性金属离子路易斯酸度的增加而增加。