利用太阳能制氢是解决能源危机和环境污染的主要方法之一。近些年,人们大力发展以半导体材料为主体的半导体光催化技术,可有效解决环境与能源问题。其中,二氧化钛(TiO2)和氧化锌(ZnO)作为金属氧化物半导体以其较好的稳定性、安全无害、成本低廉等优点被用于光电极领域的广泛研究。ZnO相对于TiO2有着更好的电子迁移率,其光生电子空穴复合率较低,从而可以更有效的提升光电极的量子效率。ZnO是一种短波长发光材料,特别在光电领域内有着很大的发展潜力,所以为了设计和制造高效的ZnO基光电子器件,ZnO p型和n型的制备是必不可少的。由于ZnO一般是n型导电,在PEC电池中通常作为光阳极产生O2,而使其作为光阴极电极直接用于产氢就需要制备ZnO的p型导电,然而ZnO应用于工业生产的进程还比较缓慢,其中一个重要原因就是在目前条件下难以得到稳定和低电阻的p型ZnO。为了提高光催化性能,加快光生电子空穴的有效分离和转移是重要解决方法之一。而利用ZnO的压电效应可以提供强电场来降低电荷的复合率,从而提升光电化学(PEC)性能。本文利用水热法制备p型ZnO纳米线(NWs),并且通过施加应变来实现压电效应,提高光电极的光电化学性能。首先,通过探索不同Sb的掺杂量和退火条件来确定制备p型ZnO NWs的所需的最佳条件。当Sb掺杂量在0.2%(0.2Sb/ZnO NWs)时,实验证明ZnO NWs相比于未掺杂的ZnO NWs可以达到较好的光电性能。通过退火处理后(0.2Sb/ZnO-anneal NWs),ZnOONWs光电极能将吸光范围拓宽到波长414 nm附近。经过莫特肖特基(Mott-Schottky)图的分析证明所制备的ZnO NWs是p型半导体。在标准模拟太阳光的照射下,O.2Sb/ZnO-anneal NWs的光电流密度在0 VRHE偏压下可以达到-0.85 mA/cm2,这是0.2Sb/ZnO NWs的3.3倍。通过Sb的掺杂和退火处理所制备的0.2Sb/ZnO-anneal NWs呈现出较好的稳定性,在室温储存6个月后,光电流密度变化较小,而p型导电的特性也没有发生改变。实验证明Sb的掺杂和退火可以有效的降低界面电荷转移电阻,从而提升了 PEC性能。其次,通过第一性原理计算的结果表明Sb掺杂退火后ZnO NWs的压电常数相对增大,所以选取所制备的0.2Sb/ZnO-anneal样品通过施加不同的应变来对比压电效应对光电性能的影响。实验发现在施加拉伸应变时可以进一步提高光电极的PEC性能。在0.6%拉伸应变下,0.2Sb/ZnO-anneal光电极的光电流密度达到-1.08mA/cm2,相对于未施加任何应变的ZnO NWs光电流密度增加了 27.4%,在1小时内,光解水制氢量可以达到559.5 μmol/cm2,计算得到的法拉第效率达到86.3%。压电效应所带来的变化是稳定持久的,并且不会改变ZnO的导电特性。压电效应可以为抑制光生电子空穴对的复合提供有效的驱动力,促进电荷转移从而改善PEC性能。