在当前社会中,能源问题已成为全球广泛讨论的热点,人们迫切需要找到对生态环境友好、可再生的新能源以替代以煤炭、石油等化石燃料为代表的的传统能源,以缓解环境恶化进程,填补能源短缺。在众多的洁净能源中,太阳能以其广泛分布、储量巨大、环境友好等优点,被人们视为一类理想的替代能源。但是太阳能的能量密度太低,且其分布随时间和地点的影响极大,不是一类稳定连续的能量来源,我们应找到一类可以有效存储太阳能的合适方法。在众多的储存太阳能的方案中,通过光电化学水分解池吸收太阳能,生产清洁的氢气是一类非常富有吸引力,但同时也极具挑战性的储存太阳能的方式。氢气是一类能量密度极大的新型能源,在使用的过程中不会排放温室气体。而且氢气在被使用后的产物是水,这同时又可作为光电化学水分解的原料,实现能源获取和利用过程的封闭循环。因此,光电化学水分解池得到了越来越多研究者的关注。光阳极是太阳能收集、电荷分离和进行水氧化反应的场所,同时也是光电化学水分解池中的核心组成部分和关键部件。目前,找到理想光阳极已经成为了相关领域研人员的研究课题。理想光阳极的可能材料为禁带宽度合适的半导体材料,其中包括金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物、金属磷化物、金属硒化物等,但其中大部分半导体材料的自身分解电位在水氧化电位之上,不适合作为光阳极材料,其中只有金属氧化物在光电化学水分解过程中能够保持稳定。在广泛使用的金属氧化物半导体中,赤铁矿（α-Fe₂O₃）以其合适的禁带宽度、较好的化学稳定性、丰富的地壳储量和环保无污染等优点,被人们视为一类极具潜力的光阳极材料。作为光阳极,α-Fe₂O₃自身也存在一些不利的特性,如导电性差、电极表面富集不利空穴传递的表面态以及极差的水氧化催化性能等,因而未经处理的α-Fe₂O₃光阳极的光电转化效率极低,远不能满足光电化学水分解池的需求。在各类α-Fe₂O₃光阳极的制备方法中,基于化学浴沉积在FTO玻璃表面制得β-FeOOH纳米棒薄膜,再经退火处理得到α-Fe₂O₃光阳极是一条简单易操作、便于大规模制备的有效途径。基于以上讨论,我们进行了如下实验以制得具备高效水氧化性能的α-Fe₂O₃光阳极:1.退火温度对制得α-Fe₂O₃光阳极水氧化性能的影响在经过550 ^oC的相转化温度的退火处理下,化学浴沉积制得样品的晶相结构将由β-FeOOH将转化为α-Fe₂O₃。研究者为提升制得α-Fe₂O₃光阳极的水氧化性能,紧接着往往通过快速退火处理,在目标温度更高的退火温度下,对上步制得的α-Fe₂O₃进行“活化”处理。本文在两个活化温度下（700 ^oC和800 ^oC）分别对制得的α-Fe₂O₃光阳极进行退火处理,并分别对制得的α-Fe₂O₃光阳极的物理性质和水氧化性能进行表征后,我们就两者表现出的不同的水氧化能力展开讨论,提出合理解释,并分析了这两种退火温度对制得的α-Fe₂O₃光阳极的优缺点。2.退火气氛对制得α-Fe₂O₃光阳极水氧化性能的影响在由β-FeOOH纳米棒薄膜制备α-Fe₂O₃光阳极的过程中,退火处理过程是一个至关重要的过程,将直接决定制得光阳极材料的水氧化性能的优劣。除了退火温度外,退火过程中的气氛条件也是一个至关重要的因素。因此,我们在传统方法,即在空气下对制得的Ti:β-FeOOH薄膜进行退火处理,制得Ti:Fe₂O₃-Air光阳极的基础上,改变退火气氛,于氩气气氛下对Ti:β-FeOOH薄膜进行退火处理,制得Ti:Fe₂O₃-Ar光阳极。光电化学测试表明后者表现出更佳的水氧化性能。在结合其它的物化表征与测试后,我们就Ti:Fe₂O₃-Ar光阳极展现出的优良的水氧化性能的机理展开讨论,提出了合理的推测。3.Mg/Ti共掺杂对α-Fe₂O₃光阳极水氧化性能的影响除导电性优劣外,电极表面的表面态分布也是影响光阳极光电化学水分解性能的重要因素。基于此,我们在通过Ti掺杂提升α-Fe₂O₃光阳极的导电性之外,还通过非原位掺杂的方式,将Mg元素掺入Ti:Fe₂O₃光阳极的晶格中,成功制得（Mg,Ti）:Fe₂O₃光阳极。在经过系列光电化学测试后我们发现α-Fe₂O₃光阳极在经过Mg/Ti共掺杂后,其导电性已得到了极大的改善,同时其表面态分布也向更利于进行水氧化的方向发生改变。在这两者的同时作用下,（Mg,Ti）:Fe₂O₃光阳极相较于Mg/Ti共掺杂前的α-Fe₂O₃光阳极表现出显著改善的水氧化性能。