光电化学（PEC）分解水产氢是一种理想的能源转换技术,可用来解决环境污染问题和缓解能源危机,它通过人工光合作用,为太阳能-氢能之间的转换提供了一条绿色环保可持续的途径,因此该技术受到了广泛的研究并已经取得很好的成果。在实际应用中探索高效的光电极材料是非常必要的,在各种半导体材料中,二氧化钛（TiO2）因其结构稳定、含量丰富、制备技术成熟而被公认为是一种潜力无限的光电极材料。然而,它自身存在的一些缺点严重限制其PEC性能,主要有电子-空穴对复合率较高、析氧反应动力学缓慢以及光响应性能较弱。本课题基于TiO2半导体材料所存在的一系列问题,提出了三种改进方案,构建了基于TiO2半导体的异质结构,从而实现了PEC性能的显著提升。并且通过一系列的表征手段,探究了TiO2基光电极的异质结构、微观形貌、光学性质等与PEC性能之间的关系,提出了相应的电荷转移机理,最终构建出一系列高性能PEC分解水体系。具体所做的工作如下:（1）我们采用金属有机骨架（MOF）作为前驱体,通过静电相互作用和高温煅烧的处理方法成功的将Co-MOF（ZIF-67）衍生的Co3O4修饰于TiO2光电极,从而研制出一种Co3O4/TiO2二元异质结光电极。借助透射电子显微镜（TEM）、X-射线衍射（XRD）等测试手段,对Co3O4/TiO2异质结光电极的形貌以及晶相进行了系统的表征。ZIF-67衍生的Co3O4的引入不仅拓宽了TiO2光电极的光响应范围,而且还能够有效的促进光电极内部光生载流子的分离。通过静电吸附作用而构建TiO2基异质结的方法具有成本低、效率高、稳定性好等优点。（2）为了进一步实现TiO2基光电极高效的PEC水分解活性,改善半导体内部电子-空穴对复合严重的问题,我们提出以Zn-MOF（ZIF-8）为前驱体,通过煅烧处理将其转变成富含氧空位(Ovac)的Zn O并修饰于TiO2,成功制备出Zn O/TiO2异质结光电极。该工作中,我们深入探讨了Zn O中的氧空位结构在促进PEC性能提升中起到的作用,并对Zn O/TiO2异质结光电极的电荷转移机理进行了探讨。实验结果表明,富含Ovac的Zn O能够显著提高光电极内部的电荷传输能力。（3）为了一并解决TiO2光电极的光响应能力弱和TiO2基异质结稳定性差这两个问题,我们构建了Ni/Zn O/TiO2三元异质结光电极。本工作首先通过浸泡处理和煅烧方法制备Zn O/TiO2异质结光电极,然后采用真空蒸镀法在Zn O/TiO2光电极表面均匀蒸镀一层金属镍（Ni）,最终得到Ni/Zn O/TiO2光电极样品。我们深入探究了Zn O和Ni在促进PEC水分解中起到的作用,并进一步提出了Ni/Zn O/TiO2光电极相对应的PEC分解水电荷转移机理。实验结果表明,Ni的引入明显改善了光电极对太阳光的吸收能力,Ni与Zn O的共同作用增强了异质结光电极的整体导电性与稳定性。