现代社会的快速发展导致传统的化石能源面临枯竭,取代传统化石能源的新能源亟待开发,太阳能光催化分解水产氢作为一个极具潜力的课题一直受到科研人员的重视。光催化反应主要分为三个过程:（1）半导体材料吸收光子,电子从价带跃迁到导带,产生光生电荷;（2）光生电荷在半导体材料体相分离、迁移到表面;（3）光生电荷在半导体材料表面活性位点与反应底物发生氧化还原反应。第一个过程是半导体材料吸收太阳光的过程。光的吸收效率只与半导体材料本身的光吸收系数有关,是半导体材料的固有属性。为了提高光催化效率,提高太阳光的利用率,在这一过程中材料的最佳选择是导/价带能级位置合适、带隙比较窄的半导体材料。第二个过程是产生的光生电荷分离的过程。为了提高光生电荷的分离效率,常用的办法是构筑界面结构,形成界面电场,在界面电场作用下促进光生电荷的定向分离。第三个过程是光生电荷向反应底物注入,发生氧化还原反应的过程。在这一过程中,为了提高光生电荷的注入效率,常用的策略是对光催化剂进行表面修饰,包括负载助催化剂、钝化表面态等。由于光催化分解水的阳极反应是将H₂O氧化为O₂,这是一个能量“爬坡”的过程,它的吉布斯自由能大于零,在热力学上这个反应不能自发进行。而阴极反应将H₂O还原为H₂是一个吉布斯自由能等于零的过程,因此阳极反应的难度要大于阴极反应,所以光阳极的研究对光催化分解水产氢具有重大意义。本论文针对光催化反应的三个过程,选取窄带隙的α-Fe₂O₃为光阳极材料,通过表面光电压谱、瞬态光电压谱和电化学等测试手段,研究了α-Fe₂O₃与FTO之间的界面特性和光阳极表面态钝化对光生电荷行为的影响,以及它们与光电化学水氧化活性之间的关系。本论文主要研究内容分为以下两个部分:1、FTO基底的功函大于Fe₂O₃的功函,Fe₂O₃/FTO界面处产生肖特基势垒,阻碍光生电子向FTO迁移。本实验分别通过Ti⁴⁺、Cu²⁺掺杂调控Fe₂O₃的功函,研究Fe₂O₃/FTO界面处的光生电子迁移行为对Fe₂O₃光阳极水氧化性能的影响。实验数据表明Cu²⁺掺杂降低了Fe₂O₃的功函,促进了光生电子向FTO基底的迁移,但是增大了光生空穴在Fe₂O₃的传输阻力,降低了空穴的注入效率;Ti⁴⁺掺杂提高了Fe₂O₃的功函,阻碍了光生电子向FTO基底的传输,却减小了光生空穴在Fe₂O₃的传输阻力,提高了空穴的注入效率。综合的结果是Ti⁴⁺掺杂提高了Fe₂O₃光阳极的水氧化活性,Cu²⁺掺杂降低了Fe₂O₃光阳极的水氧化活性。Ti⁴⁺掺杂的Fe₂O₃光阳极的优化实验证明Ti⁴⁺的掺杂量存在最优值,兼顾光生电子在Fe₂O₃/FTO界面处的迁移和光生空穴在Fe₂O₃的传输才能最大限度地提升Fe₂O₃光阳极的水氧化活性。2、Fe₂O₃丰富的表面态作为复合中心增加了光生电荷在Fe₂O₃光阳极表面的复合,为了减少光生电荷在Fe₂O₃表面的复合,提高空穴的注入效率,本实验通过乙酸腐蚀,钝化了Fe₂O₃的表面态。光电压的实验数据表明乙酸钝化了Fe₂O₃的受体表面态,提高了光生电荷分离效率。光电化学的实验数据表明钝化受体表面态提高了Fe₂O₃光阳极的光生电荷的分离效率和空穴注入效率。实验数据证明钝化受体表面态提高了Fe₂O₃光阳极的水氧化活性。