利用清洁而丰富的太阳能解决能源短缺和环境污染问题已经成为国际社会的共识。近年来,半导体光催化技术被认为是解决能源危机和环境问题的有效途径,受到越来越多的关注。本论文以WO₃基光电极为研究对象,通过对WO₃垂直纳米片阵列的界面优化调控来研究光电催化性能,旨在设计光电催化性能优异的光阳极材料。主要研究内容如下:（1）采用水热法以柠檬酸为结构导向剂制备新型垂直生长的WO₃纳米片阵列（WO₃NP）并以此为基体材料。采用湿化学浴方法以硫代乙酰胺（TAA）作为侵蚀剂,对WO₃NP电极进行调控,改进其光电催化性能。侵蚀处理后可获得表面粗糙的WO₃纳米片阵列（etched WO₃NP）,增加材料的比表面积,增大对太阳光的吸收利用率,使得拥有更多的光电催化水氧化活性位点,加快表面反应动力学;根据晶型晶相的分析,单斜相WO₃的光催化活性晶面（200）面在侵蚀处理后有明显的暴露,说明侵蚀处理具有选择性,使活性晶面暴露更多,促进光生电子和空穴的分离;N–H以及C–S基团的引入使得材料禁带宽度发生红移,增大可见光的吸收范围。综合以上因素,侵蚀处理后的etched WO₃NP电极在光电降解有机染料方面显示了优异的性能。（2）以垂直生长的WO₃纳米片阵列为基体材料,利用碳量子点（CQDs）较好的光吸收性能和有效的电子转移,对WO₃NP电极进行调控,并用低温煅烧的办法增强结合性,改进其光电催化性能。CQDs/WO₃复合电极增大了太阳光吸收利用率的同时,也加快了光生电子和空穴的分离和迁移。同时,由于费米能级改变造成的原因,CQDs/WO₃复合电极的起始电位明显小于单纯的WO₃电极。（3）以垂直生长的WO₃纳米片阵列为基体材料,利用硅烷分子的修饰在WO₃界面形成超强电荷转移,界面处的负电荷诱导体相内的光生空穴向电极表面迁移,实现体相的光生载流子迁移和分离;同时,表面的外电场也有效抑制了迁移至表面的载流子再次复合,实现光生载流子在体相和表面同时有效分离。另外,硅烷分子界面修饰后由于O原子和Si原子的轨道重组导致导价带位置的改变,降低电极的起始电位,加快光电催化水氧化的表面反应。（4）以垂直生长的WO₃NS阵列为基体材料,结合硅烷分子和GO纳米片负载于WO₃NS上,得到性能优异的WO₃NS/Si/GO光阳极。光电性能的提升主要来自于硅烷分子和GO纳米片的协同作用。首先硅烷分子构建外建电场促进体相和表面电荷的分离;随后在表面分离了的电荷载流子在GO作为通道下快速的转移至反应位点处,防止表面电荷积累造成对光电性能的影响。另外,硅烷分子和GO在WO₃NS表面的修饰通过增加反应位点的数量和活性,有效的加快了表面反应动力学,加速了载流子在活性位点处的水氧化反应。本论文的研究工作注重材料调控与光电性能之间的内在联系,为表面状态、电场构建和催化规律研究提供依据,为今后光电催化材料优化设计提供理论和实验基础。