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可再生能源的开发与利用是可持续发展的保证和前提,太阳能更是新能源中的优质资源,因而将太阳能转换为电能及化学能等的研究已得到了广泛的关注。光电催化分解水制氢就是一种将太阳能转化成可储存清洁能源的有效途径,经过吸收光产生光生电荷、光生电荷的分离与传输以及水的氧化还原反应这三个过程,太阳能便可转化为可储存的化学能。而作为实现整个光电化学过程的载体,金属氧化物以其合适的能带位置、可调控的禁带宽度以及较好的稳定性等优秀特质,成为光电极材料的优质候选对象之一。本论文以金属氧化物基电极材料为研究对象,围绕光生电荷在电解质/助催化剂/半导体电极体相间的传输与分离,探讨了光生电荷在电极表面处的传输与反应动力学问题,在电极体相间的传输与分离等问题,并通过对以上科学问题的认识和理解,制备了高效的光阳极和光阴极。主要内容包括:(1)针对n型Si NW电极表面反应动力学问题,将TiO2与非贵金属氧化物NiMoO4作为助催化剂,有效促进了半导体电极中的电荷输运,降低了半导体电极中光生电荷的复合几率,并加速了 Si NW电极表面反应速率,得到了高达8.7 mAcm-2(2.5 V vs RHE)的光电流,是相同条件下SiNW电极的111倍之多。此外,TiO2膜有效地改善了 Si基电极的稳定性问题,最终得到高效稳定的Si基光阳极;(2)针对p型晶体Si光阴极界面及表面处光生电荷的传输及反应动力学问题,在其表面负载NiMoOxS4-x助催化剂,并在电极和助催化剂间沉积超薄的TiO2膜,有效改善了光生电荷在半导体电极/助催化剂界面处的传输及电极表面的反应速率,与Si wafer电极相比,光电流提高至原来的12倍,同时开启电势正向移动了 0.34 V,显著优化了 Si基光阴极的光电性能。(3)针对p型金属氧化物CuO电极体相中光生电荷传输较慢的问题,将其与n型氧化物ZnO结合构成三维树枝状纳米异质结,该异质结电极的光电流可达3 mA cm-2(0V vs RHE),光暗电流密度之比达到6.4,而相同条件下氧化铜电极的光暗电流比却只有2.7。该异质结电极优异的光解水性能主要归功于异质结对光电极体相中的光生电荷传输的促进,使光生电荷的寿命延长,降低了 CuO电极体相中的光生电荷的复合几率。(4)针对二维SnS2纳米片电极中由于空间电荷层较窄引起的电极体相中光生电荷的分离较慢的问题,设计并构筑了二维异质结SnS2/SnO2,拓宽了体系的空间电荷层,为电极体相中光生电荷的分离与传输提供了强有力的驱动力,显著提高了电极中光生电荷的分离效率。所得异质结电极在1.23 Vvs RHE的偏压下光电流密度可达0.7 mA cm-2,是目前用湿化学法制备的SnS2基光阳极的最高值。