采用半导体光电化学分解水可直接将太阳能转换为H₂燃料,是目前解决能源危机的理想策略之一。当前,在光电化学分解水过程中,载流子在半导体光阳极表面的分离传输易受到热力学和动力学的共同限制,是影响光电化学分解水效率的主要原因。在众多半导体中,WO₃具有合适的禁带宽度（2.7 eV）和优异的载流子迁移率,是一种非常有前景的光阳极材料。但是,光生载流子在WO₃光阳极表面具有易复合和难注入到水分子的性质,是影响其水氧化性能的主要因素。因此,本论文以WO₃光阳极材料为对象,研究并调控光生载流子在其表面的分离特性。论文主要研究内容及结论如下:（1）高能表面态是影响WO₃光阳极水氧化性能的主要因素之一。本文利用无定形TiO₂（?-TiO₂）作为钝化剂来改善WO₃的表面态。实验结果发现:相同条件下,?-TiO₂/WO₃上的光电流达到1.4 mA cm^-2,是WO₃的两倍,且具有更好的水氧化稳定性。理论模拟计算表明:与?-TiO₂偶联后,WO₃的表面能从1.17 J/m²降低到0.3 J/m²。因此,?-TiO₂/WO₃上增强的光电水氧化性能可归因于?-TiO₂钝化了WO₃的高能表面态。（2）氧空位的引入能使WO₃光阳极获得可观的水氧化性能,这一现象通常归因于氧空位在热力学上改善了光生载流子的分离。而本文从动力学角度系统地研究了氧空位对WO₃光阳极水氧化的影响机制。实验结果发现:氧空位的引入主要改善了WO₃光阳极的载流子注入效率（从36.9%提高到69.5%）,使WO₃光阳极更利于遵循四空穴水氧化途径。理论模拟计算表明:当氧空位存在时,WO₃表面的H₂O吸附与随后的脱氢更容易,这提高了水氧化相关步骤的速率。（3）具有不同特定暴露晶面的光阳极展现出显著的水氧化差异性。本文,通过在多晶面WO₃的表面负载单一（002）晶面WO₃来调控光生载流子的分离传输。实验结果发现:在负载单一（002）晶面WO₃后,载流子分离效率从39.2%提高到63.7%;注入效率从35.6%提高到60.3%,这主要归因于以下两点:1)多晶面的WO₃与单一（002）晶面的WO₃具有能带差,从热力学上利于光生载流子的分离。2)表面（002）晶面具有较好的亲水性,能加速外围电解质渗透到电极表面,有效提高了水氧化析氧反应动力学。