基于半导体材料的光电化学器件能够利用清洁的太阳能,在能源转换和环境治理等领域有很广阔的应用前景,因而受到研究人员的广泛关注。电极是这些光电化学器件的核心,因其承担着收集电荷和提供反应界面等角色。近年来,一维结构如纳米棒、纳米线、纳米管等因其独特的光电性质而受到青睐。研究表明一维纳米线阵列可为电极基底提供直接的电荷传输路径,从而提高电荷传输性能。比如,单晶Ti02纳米线阵列的电子传输性能比纳米颗粒堆积的薄膜高两个数量级。然而,迄今为止,对于常见的光电极材料Ti02而言,其分立良好的纳米线阵列的长度却被限制在3-4μm。继续提高长度将带来纳米线根部的聚集融合,这是由于在纳米线长度生长的同时,直径方向也在快速生长。这不仅降低了纳米线的长径比,降低了比表面积,还妨碍了其快速电荷传输的性能,继而影响了光电化学器件的性能。因此,合成超长分立的一维单晶纳米线阵列具有重要意义。基于这个背景,本文的主要研究内容包括以下两个部分:首先,通过调节生长条件从而调节纳米线的径向生长速度和长度生长速度,合成超长分立的纳米线,最终得到了分立的且长度大约10 μm和长径比接近100的单晶金红石TiO2纳米线阵列。其次,基于上述超长分立的TiO2纳米线阵列构建光电化学电池系统,研究超长分立单晶纳米线的微观结构与电荷传输性能的构效关系。所得到纳米线的电荷传输速率比纳米颗粒薄膜快100多倍,并且不随纳米线长度的改变而变化。应用于光电化学电池器件中,10 μm的纳米线具有100%的电荷收集效率,这一结果可以归因于其分立良好的纳米结构。