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Ti O2纳米纤维基材料具有优异的光催化性能、高稳定性、无毒无污染、来源广泛、制作方便等特点,广泛应用于生物医学、环境修复、催化以及能源储存与转化等领域。近年来,用于光电解分解水的Ti O2基纳米复合材料的设计合成已成为材料科学的研究热点。本论文利用Ti O2纳米纤维宏观自支撑体为基底,构建了两种用于光电分解水的新型Ti O2基宏观材料,主要研究成果总结如下:1.一种用于高效分解水的具备可控电导率和孔隙度的纳米管框架的构筑:这是一种由Ni0、Ni(OH)2、类石墨碳和钛酸纳米管(TNT)组成的四元无机网格结构,简称Nix/C/TNTs,TNTs经拓扑化学过程变换成为具备光电化学活性的Ti O2。该结构满足了高活性表面和长程电子运输两点要求,从析氢反应和析氧反应两方面提高了分解水的效率。Nix/C/TNTs的每一个组分都为整体起着促进作用:①TNTs自组装成的大型网格框架,为反应体系提供了一个三维互通结构;②Ni0和Ni(OH)2分别为析氢反应和析氧反应提供活性中心;③类石墨碳作为“导电粘合剂”,将Nix/C/TNTs结构组装成一个电子渗透网络,使其导电性显著增强。在0.1M的KOH电解质溶液中,Nix/C/TNTs表现出惊人的性能,析氢反应和析氧反应效果可以与昂贵的Pt/C和Ir O2/C相媲美。该结构可以促进开发更加经济有效的、以电能和太阳光能为混合驱动力的分解水装置。2.多层Bi OX-Ag-Ti O2纳米线薄膜的制备及其高效光电分解水的应用研究:以三维互通的Ti O2纳米线组装成的自支撑薄膜为生长平台,成功构建了多层Bi OX-AgTi O2膜结构。其中,Ag纳米颗粒密集分布在宽且平的Ti O2纳米线表面,使其导电性提高了七个数量级,薄膜能够快速传递电子。Bi OX纳米片在Ag包覆的Ti O2纳米线上生长,光吸收边移动至可见光区,材料抗反射能力大幅提高。尤其当Bi OCl-Ag-Ti O2,Bi OBr-Ag-Ti O2和Bi OI-Ag-Ti O2三层膜叠加形成复合薄膜,其抗反射能力进一步提升。复合薄膜具备的多重特性包括高裸露的表面、强烈的可见光吸收、极高的电荷转移速率以及优势的能带分布,它们之间的协同作用将多层Bi OX-Ag-Ti O2膜的初始电位降到约0.69 V,太阳光照下外加电压为1.2 V时产生了高达10 m A/cm2的光电流,优于当今最先进的由Ir O2改性赤铁矿纳米棒制备的光电阳极。我们构建的多层薄膜体系与作为基底的Ti O2电极材料相比,性能提高了49倍。该研究为新型太阳能驱动PEC分解水光电极材料的发展开辟了新的道路。