由于化石能源日益枯竭和严重的环境污染,寻找环保和可再生能源来取代传统的化石能源已成为许多科学研究者关注的焦点。氢能作为一种清洁无污染的新型能源,被一致认为是最理想的替代能源载体。氧空位（VO）自掺杂TiO2由于其优异的光吸收和产氢活性而引起广泛关注,然而,VO在TiO2光催化剂中的作用尚存在争议,需要对其动力学进行进一步分析。在众多动力学分析方法中,交流扰动法如强度调制光电流谱（IMPS）和光电化学阻抗谱（PEIS）可以定量计算载流子的转移与复合速率,有效分析VO在光催化反应中的作用机理,从而进一步优化其催化活性。本文利用交流扰动法对VO掺杂TiO2纳米管的光生载流子行为进行了研究,提供了TiO2纳米管光电化学性质的完整描述,阐明了不同分别VO对光催化性能的不同影响,并利用有机空穴传输材料进一步提升了TiO2纳米管的光催化产氢性能。具体研究内容如下:（1）以钛片为基底,采用阳极氧化法和铝热还原法制备了可控氧空位分布的VO自掺杂的TiO2纳米管薄膜光催化剂。在此基础上,利用IMPS和PEIS研究了光电极中载流子的传输机制,建立了光催化动力学模型,阐明了不同分布的VO对TiO2光催化性能影响的机理。结果表明,表面VO通过提高光生载流子的分离效率来提高光催化性能,而体相VO作为复合中心导致了光催化性能的降低,同时,表面VO引起的低界面电荷转移效率限制了材料光催化产氢性能的进一步提高。（2）为了进一步改善表面VO掺杂TiO2纳米管（TNT-S）的光催化活性,提出了在TNT-S表面吸附空穴传输材料的改性方法。采用一步旋涂法在TNT-S表面负载不同厚度的L1或2m F-X59涂层,研究了涂层厚度和有机分子性质对TNT-S的界面电荷转移效率及光吸收效率的影响,并结合IMPS等动力学实验和密度泛函理论计算,揭示了其光催化性能提升的机理。结果表明,有机空穴传输涂层与TNT-S间形成了内建电场,促进了载流子的定向传输,而含氟基团是TNT-S/F-X59中内建电场强度更高的原因。另外,过厚的涂层也会因降低材料的光吸收效率导致光催化产氢效率的下降。最终旋涂4层2m F-X59的改性效果最佳,其产氢效率在可见光下可达2.706 mmol g-1 h-1。