近些年,光电化学分解水(PEC)引起了研究者的广泛关注,因为它能利用太阳能来分解水产生氢气,使太阳能转化成更为高效的氢能源。在PEC的组成系统中,光电极有着至关重要的作用,光电极的光学特性和载流子的传输、分离能力决定了系统的表现。光电化学分解水制氢气,在使用过渡族金属氧化物作为光阳极材料方面引起了广泛的兴趣。在过渡金属氧化物中,In2O3由于其优异的性能,包括其合适的导带和价带位置用于分解水,以及良好的导电性和稳定性使其在光电化学分解水制氢中有着广泛的应用。然而,由于In2O3(3.5 e V)是宽禁带半导体氧化物,这就导致其对可见光的响应较差,从而限制其在光电化学中进一步的发展。因此,对In2O3纳米材料的修饰使其具有高效的可见光吸收特性是非常重要的。本文设计了四种实验方案对In2O3纳米立方体光电极进行改性,具体方案如下所示:1.近些年,贵金属纳米晶的局域表面等离子体共振效应(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)对半导体光电化学性质的显著增强效果引起了国内外研究者们极大的兴趣。针对宽禁带的半导体氧化物In2O3(3.5 e V)进行改性,主要从两个方面进行。首先,通过热处理的方式在In2O3纳米立方体的导带引入浅能级,有效地降低In2O3的导带位置,从而达到降低其能带结构的目的。其次,在热处理的基础上,通过电化学沉积的方法在In2O3纳米立方体表面镀上一层贵金属Ag纳米颗粒,形成In2O3/Ag二元异质结。由于贵金属的LSPR效应的影响,In2O3纳米立方体对可见光响应增强,并且Ag纳米颗粒能够有效地增强电子的传输及电子-空穴对分离能力。最后实验结果表明,通过上述两个步骤合成的In2O3/Ag二元异质结光电化学分解水方面性能有明显的增强。2.将宽禁带的In2O3与合适的窄禁带结构的半导体耦合,形成交错结构的II型异质结,这被认为是一种有效解决其可见光响应较差的问题的方式。这种II型异质结通常包含两种半导体,一个宽禁带(待修饰)半导体,一个窄禁带半导体。这两种半导体通过合适的方法使他们复合到一起,形成交错的异质结构,形成后的异质结能带得到修饰,从而使其对可见光的吸收效果加强。此外,交错结构的异质结还能有效地抑制光生电子-空穴的复合。然而,由于In2O3的导带位置较负,使其与一种窄禁带半导体复合形成交错结构的异质结较困难。理论上,这个能带匹配问题可以通过热处理降低In2O3的导带位置来解决,并且选取了能带宽度和边缘位置较为合适的In2S3复合对象,采用这种策略,我们制备了In2O3/In2S3纳米立方体来提高光电化学性能。然而,想进一步提高In2O3/In2S3的光电化学性能仍然面临着挑战。3.在二元异质结In2O3/Ag和In2O3/In2S3的基础上,我们将两者结合设计出新颖的三元异质结电极。在我们的实验工作中首次报道了通过一种简便有效地电沉积方法制备了异质结构的In2O3/In2S3/Ag纳米立方体,将浅施主能级、异质结形成和贵金属沉积有效地结合在一起。实验证明三元In2O3/In2S3/Ag异质结与一元In2O3及二元In2O3/In2S3纳米立方体相比较有明显的光电化学性能优势。明显增强的三元In2O3/In2S3/Ag异质结光电化学性能是II型异质结与贵金属Ag纳米颗粒协同作用的结果,有效地增强了可见光吸收和促进载流子的分离。4.在对PEC光电极修饰方面的一个重要思路是将两种或两种以上的半导体结合形成复合材料,发挥组分间的协同效应,弥补各自的不足,促进光生载流子的分离、拓展材料的光谱响应范围和提高光稳定性。针对In2O3纳米材料的宽带隙以致其对可见光的响应较差,二元体系In2O3/In2S3还有改进提高的空间,Cu In S2本身的优异光电性能优势让我们猜想其与二元In2O3/In2S3复合或许能够进一步提高体系PEC性能。我们设计了一种三元异质结构的In2O3/In2S3/Cu In S2纳米光电极。我们采用溶剂热的方法在In2O3/In2S3的表面镀上一层Cu In S2纳米薄膜。实验证明三元In2O3/In2S3/Cu In S2异质结与一元In2O3及二元In2O3/In2S3纳米立方体相比较有明显的光电化学性能优势。