随着经济的发展,各国对能源的需求越来越大,而传统的化石能源日益枯竭,寻求一种新的能源替代品迫在眉睫。氢气作为一种清洁能源,倘若能够通过光催化制氢工艺来实现巨量生产,那么氢能源将会成为一种可以无限循环利用的能源,而半导体光催化剂在这一领域有着极大的应用前景。氧化铁作为目前光电转换效率最高的半导体材料,理论光电转换效率可达15.5%,但是由于其自身的光生电子迁移距离短、光生电子-空穴复合率高和析氢电位过正等影响因素,导致其目前所能达到的光电转换效率远远低于理论值,针对于此,各国科学家从其微观形貌、原子掺杂、表面修饰等方面进行了大量的探索性实验,旨在改善其性能以达到实际应用的目的。本论文主要以六水合三氯化铁为铁源,通过水热-退火的方法在FTO导电玻璃基底上沉积出一维α-Fe₂O₃纳米棒阵列;在其基础上通过旋涂-退火的方式涂覆上还原氧化石墨烯;继而通过电化学沉积的方式沉积上纳米Au颗粒,最终制备形成α-Fe₂O₃/rGO/Au半导体光阳极复合材料。并研究Sn掺杂、酸处理和二次水热等表面修饰手段对其光电性能的影响。主要研究内容和结果如下:1.以六水合三氯化铁为铁源、硝酸钠为辅助剂、盐酸为酸度调节剂,通过水热-退火两步法在FTO导电玻璃基底材料上沉积出一维生长的α-Fe₂O₃纳米棒阵列。以石墨粉、浓硫酸,高锰酸钾为原料合成氧化石墨,经过离心提纯、冷冻干燥等手段得到氧化石墨烯。通过旋涂-高温热还原的方式制备α-Fe₂O₃/rGO,结合扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、线性扫描伏安法和EIS阻抗谱图等分析手段研究氧化石墨烯的还原温度以及旋涂次数对α-Fe₂O₃/rGO体系光电性能的影响。结果表明:在FTO导电玻璃基底上成功沉积出沿着垂直于FTO导电玻璃方向一维生长的α-Fe₂O₃纳米棒阵列,长度约550 nm,宽度约70 nm,最大光电流密度为0.05269 mA/cm²。涂覆上还原氧化石墨烯材料后,检测结果表明在旋涂次数为3次,热还原温度为450°C下制备得到的α-Fe₂O₃/rGO材料光电性能最佳,在外加偏压为1.23 V vs RHE下,光电流密度值为0.2829 mA/cm²,是纯α-Fe₂O₃纳米棒阵列最大光电流密度值的5.4倍。2.以四氯金酸为金源,通过电化学沉积的方式在α-Fe₂O₃/rGO上沉积一层纳米Au颗粒,制备得到α-Fe₂O₃/rGO/Au复合体系,并结合扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、线性扫描伏安法和EIS阻抗谱图等分析手段研究沉积过程中成核电压、生长电压和生长时间对α-Fe₂O₃/rGO/Au光电性能的影响。结果表明:纳米Au颗粒的最佳沉积方案为:在3 mmol/L HAuCl₄下,-1.4 V成核2 s;在1 mmol/L HAuCl₄下,-1.2 V生长25 s。此时沉积上的纳米Au颗粒粒径约30-50 nm,分布均匀,在1.23 V vs RHE时,光电流密度可达0.4192 m A/cm²,性能较α-Fe₂O₃/rGO提升近一半。3.以四氯化锡为锡元素掺杂剂,在800°C高温下退火制备Sn掺杂的氧化铁基底材料,分别通过酸处理和二次水热进行表面修饰,再通过涂覆rGO和沉积纳米Au颗粒,最终分别制备形成a-Sn-α-Fe₂O₃/rGO/Au和s-Sn-α-Fe₂O₃/rGO/Au复合体系,并结合扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、线性扫描伏安法和EIS阻抗谱图等分析手段研究酸处理和二次水热对其光电性能的影响。结果表明:在不添加SnCl₄,800°C下退火的情况下,制备得到的α-Fe₂O₃材料呈圆柱状,长度约400 nm,直径约50 nm,在外加偏压为1.23 V时,光电流密度可达0.2459 mA/cm²,是550°C下退火得到样品的4.6倍。在添加SnCl₄后,光电流密度增大将近一倍,可达0.4856 mA/cm²;分别经过酸处理和二次水热的表面修饰手段之后,光电流密度进一步增大,分别达到0.8742 mA/cm²和0.7707 mA/cm²;在涂覆还原氧化石墨烯材料之后,体系的光电性能再次得到提升,光电流密度分别达到1.048 m A/cm²和0.9123 mA/cm²;然而,在沉积上纳米Au颗粒之后,光电性能则均有不同程度的衰减,光电流密度分别下降至0.7546 mA/cm²和0.5624 mA/cm²。