氢气具有能量密度高、可存储移动、便于重整转化、燃烧无污染等一系列优点,被认为是理想的绿色能源载体,能够解决人类社会日益严峻的能源和环境问题。基于能源发展的战略意义,我国从“十三五”起将氢能产业纳入重点发展规划,2019年写入政府工作报告,一系列氢能产业基地相继应运而生,产业链和市场效益逐渐显现。在现行的制氢技术中,光电化学（PEC）电池裂解水技术通过可再生太阳能驱动水解反应生成高纯氢气,是一种安全、绿色、可持续的工艺方案。但是,目前PEC裂解水效率仍然处理较低水平,严重制约着产业化进程,其中一个瓶颈问题就是缓慢的光阳极水氧化反应严重制约着整体效能的提升,本质上是因为大多数阳极半导体材料普遍存在空穴传输缓慢和表面反应动力不足的问题。n型钒酸铋（BiVO₄,BVO）半导体具有合适光解水反应的能带结构,同时满足可见光吸收和水解热力学要求,是一种极具发展前景的光阳极材料,因而备受关注。发展至今,三维多孔BVO纳米结构已经可以很大程度地降低光生载流子的体内复合,不幸的是,尽管热载流子有机会分离迁移至固/液界面,但迟钝的界面反应动力仍然限制着整体效能的提升,成为关键的决速步。因此,本文以三维多孔B VO为模型光阳极,重点实施界面改造工程,优化固/液界面水氧化反应（W OR）活性,同时提高空穴载流子的抽取和注入动力,展现出显著提升的光电化学分解水效能,为设计高活性光电极材料提供了有益方案。具体工作如下:1.我们在纳米多孔BVO表面连续沉积了 p型c o30 4和非晶态C o-F e层状双氢氧化物（c oFe-LD H）,获得了双层界面,包括埋置的p-n结层和助催化层,它们协同促进空穴抽取和WOR加速。研究结果显示,在模拟太阳光（100 mW cm-2）辐照下CoFe-LD H/c o30 4/B VO光阳极的光电流密度在电压123 VRHE处可达3.9 mA cm-2,相对于纯BVO光阳极,获得了近4倍的增长,并且开启电位负移410 mV。此外,解耦动力学分析证明,我们所设计的双界面不仅使空穴的抽取效率达到90%,而且也使表面催化反应效率达到71%。这个工作介绍了一种协调性多界面工程策略,为设计高效太阳能燃料PEC电池提供了创新思路。2.我们采用氩气等离子刻蚀技术处理三维多孔B VO,可控引入表面局域氧空位,实验发现这些表面氧空位具有非常高的WOR催化活性。因此,我们提出直接在光敏半导体表面开发反应活性可能更有利于实现光电极的光敏活性和催化活性的耦合,区别于传统的在光敏半导体上装载助催化剂的人工集成。研究结果显示,具有丰富表面氧空位的B VO光阳极,在模拟太阳光（100 mW cm-2）辐照下的光电流密度在电压1.23 VRHE高达4 32 mA cm-2,比原始BVO光阳极高出2倍以上,可以与目前报道的大多数搭载先进助催化剂的BVO光阳极相媲美。这个工作为解决大多数金属氧化物表面催化反应缓慢的问题提供了一种解决方法,对设计各种太阳能燃料PEC电池具有借鉴意义。