随着人类社会的快速发展,能源与环境问题日益突出,建立清洁的能源体系成为一种必然的趋势。氢气作为一种能源密度很大的可再生清洁能源,将发挥重要作用。自1972年藤岛和本田首次采用半导体TiO2光催化分解水制氢以来,光电化学（PEC）水分解因其清洁,低功耗和可持续的特性而备受关注。构造半导体异质结,不仅可以更大范围利用太阳光谱,而且有利于电子和空穴分离。因此,在本研究中,我们以ZnO纳米棒（ZnO NRA）为光阳极,通过构造异质结和调控形貌来提升其PEC性能。主要研究工作如下:1.由于p-n结中存在内置电场,可实现电子和空穴的有效分离,因此,p-n结经常被用于PEC的研究。然而,界面缺陷会导致电子与空穴的复合,限制PEC性能的进一步提升。在本研究中,我们首先采用水热法制备出n型的ZnO NRA,随后通过热蒸镀,将Al沉积到ZnO NRA表面,Al随后自发氧化成Al2O3,最后,用电化学沉积法将p型Cu2O沉积在ZnO NRA-Al2O3表面。PEC性能测试结果表明,与ZnO相比,ZnO NRA/Cu2O的p-n结由于存在界面缺陷,PEC性能提升并不明显,然而,当界面处插入薄层Al2O3后,界面处缺陷大幅度减少,有效抑制了ZnO NRA导带处电子与Cu2O价带处空穴复合,最终PEC性能得以大幅提升。2.利用CdS量子点敏化ZnO NRA光阳极可提升ZnO NRA光阳极的比表面积,进而极大地增大CdS负载量,促使生成更多的光生电子和空穴。在本研究中,首先采用水热法制备ZnO NRA,然后通过硫代乙酰胺对其硫化,获得ZnO NRA/Zn S中空管道阵列结构。最后,采用水浴法将CdS量子点修饰到ZnO NRA/Zn S中空管道阵列表面,制备出ZnO NRA/Zn S/CdS光阳极。PEC性能测试结果表明,与ZnO NRA,ZnO NRA/Zn S,ZnO NRA/CdS,ZnO NRA/CdS/Zn S相比,ZnO NRA/Zn S/CdS的PEC性能最大。3.NiO是一种p型窄带隙半导体,在ZnO NRA-CdS表面修饰一层NiO可有效促进空穴传输,同时提高CdS的PEC稳定性。在本研究中,首先通过水热合成法制备了ZnO NRA,之后将CdS量子点修饰到ZnO NRA表面,最后通过水浴沉积法将NiOx纳米颗粒修饰到ZnO NRA-CdS表面,得到ZnO NRA-CdS-NiOx。PEC性能测试结果表明,外加电压为1.5 V（vs.Ag/Ag Cl）时,与ZnO NRA-CdS和ZnO NRA相比,ZnO NRA-CdS-NiOx的光电流密度值最大,且PEC稳定性最佳。