半导体光电化学分解水可以将太阳能转化为氢能,其可有效地解决目前化石燃料短缺和环境污染问题。近年来,单斜晶系BiVO₄作为光阳极材料因理论上可以实现⁷.6mA/cm²的最大光电流密度（相当于AM 1.5G光照下9.3%的太阳能-氢转换效率）而备受关注。然而,在BiVO₄光电化学氧化水过程中,较差的光生电荷分离和转移性质以及缓慢的水氧化动力学严重限制了其光催化效率。本论文通过掺杂、助催化剂耦合以及晶面调控手段改善BiVO₄薄膜光阳极的水氧化性能,并对其作用机理进行分析论证。主要的研究内容和结果如下:（1）以In³⁺作掺杂剂,取代BiVO₄中Bi³⁺的部分位点改善BiVO₄薄膜光阳极的表面态,从而提升其光电化学水氧化活性。实验结果显示,7%In³⁺掺杂BiVO₄光阳极的光电流密度为1.56 mA/cm²（1.23 V vs.RHE）,是相同条件下未掺杂BiVO₄光阳极的两倍。密度泛函理论计算表明,In³⁺掺杂后BiVO₄的表面能降低,减少了不饱和Bi原子的暴露量和Bi-O键的断裂,从而抑制表面电荷复合。因此,In³⁺掺杂BiVO₄光阳极增强的水氧化活性可归因于In³⁺掺杂钝化了BiVO₄的表面态。（2）以具有高自旋Co³⁺_（Oh）的p型CuCoO₂作为助催化剂,协同改善BiVO₄薄膜光阳极表面电荷分离和转移效率以及水氧化反应动力学。实验结果显示,与BiVO₄光阳极（1.23 mA/cm²,1.23 V vs.RHE）相比,CuCoO₂耦合的BiVO₄光阳极在1.23 V vs.RHE下表现出更高的光电流密度3.32 mA/cm²;并且其稳定性也显著增强,5小时后仍保留了约79%的水氧化活性。因此,CuCoO₂/BiVO₄光阳极增强的水氧化活性和稳定性可归因于CuCoO₂-电催化和BiVO₄-光催化在热力学和动力学上的协同效应。（3）以Bi₂O₃为模板,诱导制备具有{121},{132},{211}和{251}高指数晶面的BiVO₄多面体薄膜,并研究了不同BiVO₄光阳极表面电荷分离、转移性能以及水氧化动力学。实验结果显示,和普通BiVO₄-B薄膜光阳极相比,多高指数晶面BiVO₄-A薄膜光阳极具有更高的光电流密度（1.21 mA/cm²,1.23 V vs.RHE）和更早的水氧化起始电位（0.52 V vs.RHE）。理论计算结果表明,相对于BiVO₄的{010}和{110}低指数晶面,H₂O分子在{121}和{132}高指数晶面上的吸附在能量上有利于随后的解离和氧化。