利用太阳能光电化学分解水制氢被认为是解决全球现有能源问题的一个重要方法。因此,作为吸光的半导体电极材料,?-Fe₂O₃因为其良好的光吸收波长和在碱性测试环境中的稳定性被认为是最有前景的光电阳极材料。但是它也有一些固有的缺陷,例如:导电性差,氧化反应动力不足等。因此,对材料的固有缺陷进行改良变得非常重要。从实验方法来说,本论文对?-Fe₂O₃的改性从三个方面进行,即:原位掺杂、非原位掺杂和表面修饰。在本文中,采取了这三个途径对?-Fe₂O₃纳米薄膜进行了优化,并尝试在同一块样品上使用了两种方法,观察了它们的协同作用。从离子种类来看,我们研究了Sn元素,Mo元素,以及Co元素对?-Fe₂O₃的掺杂或者修饰作用。首先,我们采用非原位掺杂Sn元素,即通过在FeOOH表面浸泡Sn的前驱体溶液,高温煅烧后可形成Sn元素掺杂ɑ-Fe₂O_3,增加了材料的导电性,进而提高了光生电荷分离效率。研究发现不同溶剂和不同价态的Sn元素对氧化铁的形貌影响较大。其一,Sn²⁺离子浸泡处理可得到形貌规则,表面光滑,分散性较好的氧化铁纳米棒,而Sn⁴⁺离子浸泡导致氧化铁表面纳米棒结构遭到破坏,性能降低。其二,相对于水,乙醇作溶剂可以有效抑制Sn离子的水解作用,进而保持氧化铁纳米棒形貌。在此基础上通过在Sn掺杂的ɑ-Fe₂O₃表面旋涂SnCl₄,可进一步提高了材料的电荷注入效率,进而提高光电密度1.54 mA cm^-2@1.23 Vvs RHE。第二,我们从原位掺杂和表面修饰的角度探究了不同浓度MoO₄^2-掺杂的影响。根据样品的SEM图可知,?-Fe₂O₃纳米棒形貌和薄膜厚度会随着MoO₄^2-浓度的增大而改变。在合适的MoO₄^2-浓度影响下,光电流可达到0.98 mA cm^-2@1.23 V_RHE。。而非原位的制备条件下,MoO₄^2-可通过浸泡吸附在氧化铁表面,进而保持了氧化铁纳米棒的形貌。同时,光电流达到1.1 mA cm^-2@1.23 V_RHE。表征分析结果表明,表面的MoO₄^2-主要起到了提高注入效率的作用而对分离效率无明显影响。表面MoO₄^2-薄膜通过钝化氧化铁表面态缺陷,减少光生电子空穴表面复合几率,进而提高了注入效率和光电流。第三,针对纯α-Fe₂O₃表面空穴氧化水的反应速率较慢,需要较大过电势的问题,我们采用含Co有机金属配合物修饰α-Fe₂O₃表面,以起到表面催化作用。研究比较了Co²⁺,2-甲基咪唑,以及Co²⁺和2-甲基咪唑共同修饰氧化铁表面。结果表明由于钴离子可在不同的价态下转换,单独用钴离子修饰表面,会起到降低初始电压的催化作用,但同时也更容易在偏压作用下Co²⁺发生氧化反应出现氧化峰。而Co²⁺与2-甲基咪唑配位作用使得在α-Fe₂O₃表面原位生长超薄纳米片或纳米块晶体即有机金属配合物Co-MOF。甲基咪唑的配合作用抑制了外界电压对Co的氧化作用。而Co-MOF中的单原子分散的Co通过瞬态Co²⁺/Co³⁺可逆转化,吸附水中OH,OOH的反应基团进行氧化水反应。其中片状结构的Co-MOF可大幅降低起始电压（180mV）,光电流可达到2 mA cm^-2@1.23Vvs RHE。