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光(电)催化分解水产氢是发展清洁能源极具潜力的方式之一。二氧化钛作为研究最广泛的光电催化水分解的材料之一备受关注,在光电催化水分解的过程中对于二氧化钛本征作用的研究有着重要意义。二氧化钛光电催化水分解发生在二氧化钛/水溶液界面,溶液以及材料本征性质的变化会影响界面状态的改变,理解界面的变化可以指导我们对界面反应进行调控,也可以帮助我们理解界面反应的机理,从材料的本质去控制反应。本文以锐钛矿相二氧化钛单晶薄膜(001)晶面作为研究对象。通过调节溶液的pH,研究了溶液pH对二氧化钛光电化学性质的影响,重点研究了溶液pH对光电流的影响以及pH与二氧化钛平带电位的关系。同时对薄膜进行有针对性的掺杂调控,结合电子结构的变化来探究材料性质的变化,为研究材料的构效关系指明思路。通过线性伏安扫描测试,发现在1.23V(vs.RHE)电压下,不同pH溶液中的阳极光电流是不一样的。光电流在pH=8.95时出现极小值后又随着pH的增加而增大,此时可能发生了表面水的相变。pH>12时,光电流基本不变,这是因为此时溶液氢氧根浓度较高,氢氧根的氧化占主导,空穴消耗速率基本不变。通过Mott-Schottky测试发现锐钛矿相Ti02(001)面薄膜的平带电位随溶液pH的变化并不完全符合能斯特线性关系(-59mV/pH),说明锐钛矿相Ti02(001)面的能带位置不仅仅是受表面H+吸脱附过程的控制,还受到表面态反应以及质子嵌入反应的影响,并且这个过程与离子扩散有关。电化学还原处理和真空退火处理二氧化钛薄膜会使平带电位发生正移,而Nb掺杂会使平带电位发生负移,并且掺杂浓度越高,负移越多。另外我们对二氧化钛薄膜做了不同方式的掺杂处理,通过XRD、AFM表征发现电化学还原和真空退火处理以及低浓度Nb掺杂不会对二氧化钛单晶薄膜的晶体结构和表面形貌造成明显影响,通过XPS表征发现电化学还原和真空退火处理使Ti2p和O1s轨道电子结合能朝低结合能方向偏移,而Nb掺杂使Ti2p和Ols轨道电子结合能朝高结合能方向偏移。另外电化学还原和真空退火处理不会对二氧化钛的价带组成造成影响,薄膜带隙不改变,而Nb掺杂会使二氧化钛的价带组成发生变化,光学带隙变宽。电子结构的变化造成薄膜光电化学性质的改变。电化学还原和真空退火处理使二氧化钛的光电流增加,0.05%(摩尔含量)Nb掺杂的光电流比未掺杂有所提高,而0.5%(摩尔含量)Nb掺杂的光电流降低,这说明少量低价态的Ti有利于阳极光电流的产生,虽然掺杂可以增加载流子浓度,增加导电性,但掺杂的量有最优值,载流子浓度并不是影响光电流的唯一因素,还与吸光波长、能带位置以及反应动力学有关。