现代工业的迅速发展使人们的生活发生了翻天覆地的变化。然而,随之而来的全球能源匮乏和环境恶化问题日益严重,这也成为阻碍许多国家发展的重要原因,因此发展新型可再生能源刻不容缓。太阳能具有清洁、廉价、安全、丰富等优势,是最具竞争力的可再生能源,完全可覆盖全球能源需求。但由于太阳能具有间歇性,并且受气象变化影响非常大,所以对太阳能的捕获、利用、存储和分配仍然具有非常大的挑战性。氢气具有燃烧热值高、清洁无污染等优点,被认为是非常理想的储能形式,有望替代化石能源获得规模化应用。光电化学制氢技术正是结合了太阳能和氢能的优势,可将太阳能转化为氢气储存起来,是一种极具发展前景的能源技术。自1972年首次发现二氧化钛可用于光电化学（PEC）水分解以来,研究人员开发了一系列半导体光阳极,包括WO3、Fe2O3、BiVO4、TaON、CuWO4等。在这些材料中,钒酸铋（BiVO4）具有合适的带隙（～2.4 eV）、元素储量丰富、成本低廉及对水分解有利的导带边缘位置等优势,受到研究人员的广泛关注。然而,BiVO4仍存在诸多问题,如体相光生载流子复合严重、表面析氧反应动力学缓慢、存在大量的表面态、在光照条件下材料腐蚀严重等,极大地限制了其光电化学水分解效率。为了解决上述问题,本论文通过构筑BiVO4基异质结光阳极,对电极的光吸收性能、电荷传输过程以及表面析氧反应动力学进行调控,最终获得高效稳定的水分解光阳极。具体研究内容如下:1、Cu2S/BiVO4异质结构筑及其表面助催化剂的修饰。利用电沉积及后续热处理的方法,制备了三维纳米多孔BiVO4基底电极材料。通过简单的连续离子层吸附和反应方法在BiVO4上修饰了 Cu2S纳米颗粒,构筑了 Cu2S/BiVO4表面纳米异质结。为了防止异质结被氧化,并且加快其表面析氧反应动力学过程,通过电沉积的方法,在表面均匀地沉积了一层薄薄的CoFe-OH无定形层。研究结果表明,负载的Cu2S可有效拓宽BiVO4的光吸收范围,表面CoFe-OH覆盖层极大地提高了表面析氧动力学过程,显著地提高了水分解的光电化学性能和稳定性。在1.23 V vs.RHE电压下,CoFe-OH/Cu2S/BiVO4的光电流密度从2.03 mA/cm2提高到3.07 mA/cm2,并且可稳定运行60 min,催化性能没有明显衰减。这项工作展示了硫化物作为高效并且稳定的太阳能驱动水氧化反应催化剂的可能性。2、Ni@NiO/BiVO4异质结构筑及其光电化学水分解性能研究。利用和上文相似的方法制备纳米多孔BiVO4光阳极,随后将通过溶液法制备的Ni颗粒旋涂在BiVO4上。最后将获得的样品在空气中400℃退火,表面的Ni被部分氧化为NiO,形成Ni@NiO核壳结构,最终获得了高效的Ni@NiO/BiVO4异质结光阳极。研究结果表明,Ni@NiO核壳结构不仅能作为优异的析氧助催化剂,还可以钝化表面态,提高光阳极/电解液界面的空穴转移能力,从而大大提高BiVO4光阳极的光电化学性能。Ni@NiO/BiVO4光电极在1.23 V vs.RHE电位下的光电流密度达到了 2.6 mA/cm2,并且获得了近80%的表面电荷分离效率,远优于未修饰BiVO4的光电流密度（1.8mA/cm2）和表面电荷分离效率（64%）。此外,Ni@NiO/BiVO4还表现出优异的光电化学稳定性,经过长期稳定后,Ni@NiO/BiVO4保持的最终光电流是BiVO4的2.2倍。