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氢能被普遍认为是一种最为理想的绿色清洁能源,其中利用可再生的太阳能通过光电化学分解水制氢是一种最具前景的方法。TiO2是一种重要的半导体光催化材料,TiO2有不同的存在状态,其中TiO2纳米管阵列由于规则有序、定向分布、拥有较大的比表面因而具有较好的电子传输能力及电子-空穴分离能力,作为光阳极能有效地进行光电催化分解水制氢。由于地球上93%的水存在于海洋中,淡水资源相对稀少,因此从实际应用出发,研究光电催化分解海水制氢是非常有意义的。本文的主要工作包括以下三个方面：一、通过阳极氧化法,以金属Ti为基体,分别在无机无氟体系(HCl+H2O2)、无机含氟体系(HF)和有机乙二醇(EG)体系中制备了TiO2纳米管阵列薄膜。利用SEM对其形貌进行了表征,通过电化学考察了其光电响应性能。分析对比了不同的电解质对纳米管阵列形貌的影响,并研究了其光电催化分解海水制氢的性能。结果表明：在EG体系中制备的TiO2纳米管阵列规则有序,有利于光生电子的传输,减小了电子-空穴对的复合,光电催化制氢活性最高,为156.13μmol/h。二、利用尿素在半封闭体系中的热分解,实现了N修饰的TiO2纳米管阵列的制备(N-TiO2-NT),并通过氮气气氛的热处理进一步提高了TiO2纳米管阵列的光电响应性能。经过XPS分析表明在尿素分解过程中可能由于TiO2-NT表面-OH的催化作用发生了缩聚反应,生成类似于C3N4的聚合物,这种物质在可见光下有吸收,UV-vis测试表明N-TiO2-NT样品的吸收边带发生明显的红移,移至489nm处,-0.1V对应的光电流为431μA/cm2, pH调为中性后光电流可达到1.06mA/cm2,光电响应提高了1.5倍。经过TG-DSC和XPS分析,推测第三步热处理后可能有部分的小分子物质挥发,同时也可能发生了进一步的缩聚,因此可见光响应也增强。三、通过原位阳极氧化法制备了Zr掺杂的TiO2纳米管阵列,掺入低浓度的Zr对纳米管的形貌影响不大,当浓度达到2.5mmol L-1时管口变得非常不规则,薄膜的厚度也只有7.4μm。通过Mott-Schottky分析,Zr的掺入可以抬高TiO2的导带位置,导带位置负移0.025eV左右。进一步深入的研究了Zr掺杂对尿素热分解修饰过程的影响,结果发现Zr掺杂不仅增加CN聚合物的聚合度也促进了N的掺杂,同时提高了可见光光电响应和光电化学制氢。