本文针对光电化学分解水制氢明星材料“氧化铁”的致命缺点——载流子迁移率低,通过离子掺杂、核壳结构构建等方式对一维纳米阵列表面和体相结构进行调控,改善载流子迁移特性,大幅提高光生电子空穴分离能力。利用一步低温溶液法成功实现了α-Fe2O3光电极材料的体相离子(Ti4+,Zr4+等)掺杂改性,Ti4+,Zr4+掺杂均可大幅提高α-Fe2O3光电极材料的光电化学分解水制氢性能。如图1所示,Ti4+掺杂可提高光电流14倍,Zr4+可提高光电流6倍。研究发现,Ti4+掺杂主要影响α-Fe2O3光电极的形貌并可对其薄膜厚度进行可控调节；而Zr4+掺杂则通过改变掺杂浓度调节光电转化效率。莫特肖特基和超快激光光谱测试结果表明,Ti4+和Zr4+掺杂可以提高氧化铁导电能力并改善载流子迁移能力,从而大幅提高光电化学制氢能力。创新地使用了超声辅助浸渍法在α-Fe2O3纳米阵列表面沉积TiO2和AgxFe2-xO3等壳层材料,研究发现,TiO2和AgxFe2-xO3等壳层材料可以有效地从α-Fe2O3纳米阵列内部抽取光生空穴,从而抑制空穴与电子的复合,加速表面水氧化反应,提高分解水制氢效率。适当厚度的壳层可以有效抽取α-Fe2O3核中的光生空穴,从而抑制电子空穴复合,提高光生电流；而当Ag掺杂量或壳层厚度过大时,AgxFe2-xO3和TiO2壳层反而会阻碍空穴由核至壳的迁移,从而降低光生电流。如图2所示,α-Fe2O3/AgxFe2-xO3和α-Fe2O3/TiO2核壳纳米阵列均随壳层Ag掺杂量和厚度变化具有最佳的光电化学制氢性能。