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光电化学制氢技术,可以直接利用太阳能从水中产生清洁燃料（氢气）,被认为是能够解决未来能源危机的关键技术之一。由于常见光电化学电池的TiO2光阳极的带隙较宽（～3.2 eV）,使其只能利用太阳光中的紫外部分（只占全部太阳能的5%）从而限制了光电化学制氢技术的应用发展。基于胶体半导体量子点特有的尺寸、形状、组分可调控的特性,量子点敏化的光电化学电池具有增强的光吸收、丰富的表面结合位点、可调节的能带位置等优点,能够有效提升光电化学制氢系统的整体性能。然而,目前研究比较成熟的量子点光电化学电池的组成成分中常含有高毒性的元素（如Cd、Pb、Hg等）,会对生态环境和人类的健康造成严重危害,也限制了该项技术进一步的商业化发展。AgInSe（AISe）量子点具有窄的带隙（～1.24 eV）,使它对太阳光的吸收可以达到近红外波段。此外它还具有良好生物相容性和光/电性质,展现出了可作为高效光电化学电池敏化剂的潜质。但是无修饰的AISe量子点表面存在高密度的缺陷/陷阱态,导致电子容易在表面复合并使光/电性能和稳定性降低。针对这些问题,本论文以Ag-In-Se量子点为研究基础,对它进行了一系列物性调控（包括:合金化、核壳结构生长、壳层掺杂）,最终获得了具有更长光致发光（PL）寿命、更好电子动力学和光物理/化学稳定性的量子点。此外还通过在传统TiO2光阳极中引入具有良好兼容性与传导性的氧化石墨烯（GO）纳米片层材料,构筑了具有高电子传输效率的电极结构。并将优化后的量子点和光阳极相结合,系统性的研究了这些环境友好型量子点光阳极的光电化学制氢性能和优化机理。主要研究内容如下:1.将Zn引入Ag-In-Se量子点中,通过热注射法合成了近红外环境友好型的Zn-Ag-In-Se合金量子点。该量子点的光学表征显示它具有近红外光波段的吸收,并且光学性质可由Zn含量调控。另外通过在TiO2浆料中掺杂不同微量浓度的GO纳米片,制备了具有不同GO含量的TiO2-GO光阳极。随后将PL寿命最长的ZnAgInSe（ZAISe）量子点作为敏化剂,通过电泳沉积的方法沉积到TiO2-GO光阳极上以作为制氢系统的工作电极。通过对敏化后薄膜的形貌和元素面扫描分析可知,ZAISe量子点、TiO2、GO之间形成了一种紧密接触的结构,有利于光生电子从量子点转移到光阳极上。敏化后电极的漫反射光谱和紫外电子能谱（UPS）证明了通过ZAISe量子点的敏化能将电极的吸收扩展至近红外光范围,且ZAISe量子点与TiO2之间形成了有利于电子转移的Ⅱ型能带排列结构。研究发现,经过GO掺杂的电极具有更好的电子传输效率、并提高了敏化光阳极整体的光电流密度和稳定性。GO掺杂浓度为0.015 wt%的敏化光阳极显示出最好的光电化学性能,在1个标准太阳光（AM 1.5G,100 mW/cm~2）照射下,显示出优异的饱和光电流密度（～6.7 mA/cm~2）,其2小时的氢气产量为～80.2μmol/cm~2、法拉第效率为50%。2.通过两步法成功合成了具有锥形结构的环境友好型AISe/ZnSe核/壳量子点。通过调整壳层生长时注入的Zn/Se前驱液的含量可以实现对该核/壳量子点壳层厚度的控制。通过正四面体模型可以粗略的计算出壳层生长后AISe核的尺寸和ZnSe壳层厚度。光学表征证明AISe/ZnSe核/壳量子点具有可通过壳层厚度调控的光学性能,且经过ZnSe壳层生长后,量子点的PL寿命得到了极大的延长。经过UPS分析发现,虽然AISe/ZnSe量子点是Ⅰ型核/壳结构,但量子点与TiO2之间形成了有利于电子转移的Ⅱ型能带排列,在ZnSe壳层厚度适当时电子可从核/壳量子点迅速转移到TiO2上。利用ZnSe与AISe晶格失配小的特点,AISe/ZnSe核/壳量子点敏化的TiO2-GO电极展示出了良好的光电化学性能和稳定性。并且ZnSe与ZnS同样具有较小的晶格失配,因此这种敏化的光阳极可由多次ZnS钝化层沉积进行优化。最终,性能最优的AISe/ZnSe/TiO2-GO光阳极在一个标准太阳光（AM 1.5G,100 mW/cm~2）的光照下表现出了高达～7.5 mA/cm~2的饱和光电流密度,其持续光照2小时后的氢气产量为～96.0μmol/cm~2、法拉第效率为56%。3.通过热注射法在ZnSe壳层生长时注入Cu前驱液,成功制备了Cu壳层掺杂的AISe/ZnSe:Cu核/壳量子点。通过形貌与粒径分析可知,Cu的掺杂不会改变原有Ⅰ型AISe/ZnSe核/壳量子点的形貌与尺寸。晶相表征和元素分析可以证明Cu掺杂进入ZnSe的晶格中,且Cu掺杂剂以Cu+的形式存在。通过光学表征可以发现这种量子点的吸收光谱和PL峰位置会随Cu掺杂量的增加而红移。该种量子点还表现出延长的PL寿命,证明掺杂在ZnSe壳层中的Cu会捕获光生空穴,从而促进Ⅰ型核/壳量子点中的电子与空穴分离。最后,通过电化学沉积将这种Cu掺杂的核/壳量子点敏化在TiO2-GO光阳极上,并组装成光电化学电池用于水解制氢。AISe/ZnSe:Cu量子点通过Cu在ZnSe壳层中的掺杂不仅解决了Ⅰ型量子点电子与空穴都限制在核中而导致快速复合的问题,还保留了Ⅰ型核/壳量子点稳定性优异的特点。基于AISe/ZnSe:Cu核/壳量子点的光电化学电池在1个标准太阳光照射下,显示出了良好的饱和光电流密度（～6.5 mA/cm~2）和优异的稳定性（初始值的～70%）。法拉第效率和氢气产量相较于AISe/ZnSe量子点也表现出了明显的提升,经过2小时测试后,其氢气产量为～135.9μmol/cm~2,法拉第效率可达到68%。