针对目前能源和环境危机问题,光电化学分解水（PEC）制氢系统将太阳能转化为氢能是解决方法之一。其中光电极材料性能对整个系统的产氢效率起决定作用。而影响光电极材料性能的主要因素有载流子的产生、分离和输运三方面。针对此,一般对光电极进行氢处理,贵金属沉积以及半导体异质结复合等改性方法。In₂O₃作为金属氧化物半导体具有导电性高,化学稳定性好等优点。然而,In₂O₃带隙为3.5 eV属于宽禁带半导体,对于可见光吸收和利用效率不高。本论文针对In₂O₃对可见光利用率低等问题展开研究,通过电沉积法进行材料制备,氢处理、贵金属沉积以及异质结复合对In₂O₃进行改性和修饰得到H-In₂O₃,HIn₂O₃/Ag,H-In₂O₃/Ag/In2S3材料,具体设计方案和工作如下:1.氢处理过渡族金属半导体氧化物能够有效提高材料本身的光电化学性能,有利于后续改性研究。电沉积法和200℃氢气气氛热处理150 min制备氢处理In₂O₃基体材料（H-In₂O₃）,考察了氢气热处理对材料结构和光电化学性能影响,并且H-In₂O₃材料作为基体材料进行后续进一步的改性研究。研究结果表明氢处理后材料的光电化学性能明显得到改善,这是因为氢气煅烧In₂O₃材料后在其表面引入合适浓度的氧空位。第一,这些合适浓度的氧空位能提升In₂O₃材料的光学性能。氢处理后形成氧空位缺陷能级,降低In₂O₃半导体带隙宽度,增强可见光吸收范围和强度。第二,提升了In₂O₃材料的电学性能,这些氧空位能够作为电子俘获陷阱,利于电子-空穴对的有效分离。第三,在无光照条件时,氢处理引入氧空位所形成的氧空位缺陷能够提高半导体的施主密度。施主密度增加意味着电子数量增加,材料电子迁移性能改善。2.贵金属纳米晶的局域表面等离子体共振效应（Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR）是能够有效提高半导体的光电化学性能。第一次提出将氢处理和贵金属沉积修饰手段相结合继续使用电沉积法制备出H-In₂O₃/Ag复合光电极材料,考察了电沉积Ag后材料的结构和光电化学性能,探讨了贵金属Ag提升光电化学性能机理。一方面Ag纳米颗粒增加了H-In₂O₃基体材料对于太阳光中可见光吸收范围,另一方面Ag作为导电金属增加电子迁移和传输性能,并且提高电子-空穴对分离效率。实验结果表明二者协同作用下提升了材料的性能。3.宽带隙In₂O₃与合适的窄带隙半导体组合形成II型异质结能够有效提高材料作为光电极时对于可见光吸收和利用。在H-In₂O₃/Ag基础上,继续用电沉积法首次制备了H-In₂O₃/Ag/In2S3三元复合物,考察复合In2S3后材料的结构和光电化学性能。详细阐述氢处理,贵金属沉积和II型异质结三者有效组合提高光电极光电化学性能机理。研究表明II型异质结复合材料作在光照下,窄带隙半导体能够有效吸收太阳光中的可见光部分,大大提高了In₂O₃的可见光响应。同时,II型异质结交错式的能带结构使得电子从窄带隙半导体导带位置向宽带隙半导体材料导带位置转移,空穴的迁移方向则相反,导致载流子在半导体表面发生了空间位置上的不同,不会发生复合,提高半导体载流子分离效率。