石油、天然气等化石能源的大量消耗引起了地球气温上升、环境污染等众多问题越来越引发关注。氢气作为一种能量载体,其高效清洁的性质越发受到重视,被誉为替代化石燃料的最理想燃料。因此,氢能源的开发和利用是实现可持续经济的一种有效途径。随着科技的快速发展,无污染、低成本的制氢技术是实现能源最大化的取代而日益受到各国研究者的关注。1972年Fujishima和Honda首次发现n型半导体TiO2单晶光电极可以分解水产氢这一现象,让人们利用太阳能和光催化半导体材料制氢成为了可能。而在众多的半导体材料中,具备适宜的带隙以及高效稳定的半导体并不多。光催化半导体材料中p型半导体因其可直接光催化产生氢气,并且拥有较高的转化效率从而在研究中占优势。就目前来讲n型半导体材料发展比较滞后,主要是因为具备合适带隙的半导体材料较少,而构建高效的光催化体系所依赖的双光子系统必须要有合适的n型半导体。α-Fe2O3作为一种带隙(2.0 eV-2.2 eV)较为理想的n型半导体,拥有较高的太阳能转换效率(16%)、经济无污染、安全性高,因而越来越受到研究者关注。然而由于α-Fe2O3的导带位置正于水的还原电位,所以需要通过施加外加偏压去实现分解水。同时就目前α-Fe2O3光电极的研究来讲,α-Fe2O3的饱和电流并不是很高,而且过高的开启电势也不利于其实际应用。综合前人研究我们将α-Fe2O3遇到的实验瓶颈主要归结于以下几个方面,体相复合严重,表而反合严重,以及较严重的表面逆反应的存在。本文以提升α-Fe2O3界面电荷传输进而提高α-Fe2O3光阳极的太阳能转换氢能效率为目标,围绕Al2O3层修饰α-Fe2O3表面来提高光电性能展开研究。我们通过对α-Fe2O3进行离子掺杂、形貌调控制备α-Fe2O3光电极后担载氧化铝层修饰改性。本文主要研究内容如下:通过水热法在导电基底(氟掺氧化锡)上生长氧化铁纳米棒薄膜光电极,并通过Ti4+离子掺杂来提高其导电性。在导电基底上制备光电极是目前做电极材料通用的做法,而通过水热法来生长纳米棒阵列薄膜具有简单、成本低廉等优点。在制备过程中通过调节三氯化铁和尿素的比例,获得了不同长径比的α-Fe2O3纳米棒。一般来讲,长径比越大越有利于电荷的分离,减少电荷的传输距离,但是纳米棒过长不利于电荷的轴向传输。采取离子掺杂来增加载流子浓度来提高α-Fe2O3的导电性,本文采取Ti3+离子来掺杂(三氯化钛混合到前驱体溶液中),高温退火生成Ti4+离子。α-Fe2O3光电极可通过高温退火和离子掺杂来解决体相复合,而通过担载钝化层例如氧化铝、氧化锗来抑制氧化铁表面复合降低表面势垒。本文通过化学水浴沉积方式在α-Fe2O3光电极表面担载一层Al2O3薄膜,我们发现此种方法担载Al2O3层对α-Fe2O3的作用主要是促进界面电荷传输而非之前文献报道采用ALD方式担载Al2O3层作为表面钝化层钝化表面态。界面复合是影响饱和光电流的重要因素之一,通过改善担载工艺以及煅烧温度发现Al2O3层对α-Fe2O3光电极表面修饰能够抑制表面逆反应并且促进界面电荷传输,提高了其表面电荷注入效率。文中通过水浴方法担载Al2O3层的α-Fe2O3光电极其饱和光电流提升了 6倍至3.50 mA cm-2,而开启电势并没有明显负移,相反有正移的趋势,我们将这个原因归结于Al2O3层是一种离子可渗透层而非钝化层。