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借鉴自然界光合作用的机制和过程，通过分解水反应将太阳能转存为氢能，是人类开发和利用太阳能、缓解能源危机和解决环境污染问题一条新道路。TiO2具有廉价、无毒无害且化学性能稳定等优点，因而作为人工仿生制氢中的光电极被广泛研究。但其禁带宽度较大，只能吸收紫外光，且光生载流子易复合等缺点限制了TiO2的光催化效率，因此本课题对钛基膜电极进行碳点敏化及碳点-染料共敏化，利用SEM、XRD、UV-VisDRS、FTIR等技术对光电极的表面形貌、晶相结构、元素组成和吸光性能等进行表征，通过I-t曲线、U-t曲线、Mott-Schotty曲线、线性伏安扫描法、强度调制光电压谱(IMPS)及强度调制光电流谱(IMVS)等电化学测试方法对光电极的光电性能和制氢性能进行评价。 通过简单的一步碱助电化学法制备出具有上转换荧光性质和较宽光响应范围的碳点，进而利用浸渍法制备出碳点敏化TiO2纳米粒子膜(TiO2NP)电极，利用线性伏安扫描法得出制备碳点的最佳条件为氧化时间5h和氧化电压40V。通过IMPS和IMVS技术研究在光电分解水制氢体系中碳点光阳极与电解液界面的动力学行为。在碳点光电极/电解液界面，不同于TiO2等半导体，碳点电极存在的缺陷少，电子主要以无陷阱限制扩散方式传输为主，且在30-130mW/cm2范围内，与电子传输时间和电子寿命相关的载流子重组速率和传输速率相同而使得载流子的收集效率相近。 研究不同TiO2纳米结构对碳点敏化TiO2电极的光电性能的影响，结果表明，相对于TiO2NP电极，TiO2纳米管阵列(TiO2NT)电极可以沉积更多的碳点，具有相对更好的光敏性和光电性质。碳点敏化使TiO2NT电极的光电流密度由0.32mA/cm2提高至0.37mA/cm2，制氢速率从61.85μL/h·cm2提高到110.45μL/h·cm2。碳点敏化TiO2电极的IPCE数值在500-750nm之间有小幅度增加，这是由于碳点表面态和碱性电解液的共同作用。在模拟太阳光的照射下，碳点和TiO2半导体都可以产生光生载流子，碳点的上转换特性使其吸收可见光并产生短波波长，激发TiO2形成更多的电子-空穴对，加快载流子传输，从而提高光电性能。 对TiO2NT电极进行碳点-染料(EosinY)共敏化，所制电极在波长400-600nm范围内的吸光性能得到明显改善。碳点-染料共敏化比单一敏化TiO2NT得到的电极的光电流密度更高，且平带电势负移，减少了电子-空穴对的复合。结合TiO2、碳点、EosinY的能带位置关系，对共敏化TiO2电极在模拟太阳光下的电子-空穴转移机理进行分析，发现先EosinY后碳点的敏化顺序可提高染料和碳点的吸附能力，能够更有效地改善光捕获效率和界面电子的分离效率。