金属氧化物半导体因其稳定性好、环境友好及廉价等优点被广泛研究。ZnO作为TiO2的一种优良替代物半导体,有着类似的禁带宽度(～3.37eV),比TiO2更高的电子迁移率,更好的结晶性和较少的缺陷,有利于光生电子-空穴分离。同时,一维纳米结构能够快速、远距离传输电子,且拥有较大的比表面积和较高的长径比。本文采用水热法制备垂直有序的ZnO纳米棒,通过沉积CdS量子点扩展ZnO对可见光吸收的范围,提高电极的光电化学(PEC)性能。首先,通过探索不同的CdS沉积周期来确定最佳沉积量。当沉积30个周期(Z/30CNRs)后,CdS的负载量达到饱和。Z/30CNRs复合光电极能吸收可见光至550 nm附近。在标准模拟太阳光的照射下,Z/30C NRs的光电流密度可达到5.23 mAcm-2,是纯ZnO NRs的9.5倍,相应的光电转换效率(PCE)最高可达到2.8 %,IPCE值在波长为350 nm最高达70.5 %。CdS的引入有效的降低电极与电解液之间界面的电荷转移电阻,实现了 PEC性能的提高。其次,提出了两步低温热处理法优化ZnO/CdS电极的界面(Z/30C-150/250 NRs),并与一步低温热处理法进行对比,发现两步法能够大幅提高光电极的PEC性能。Z/30C-150/250NRs的光电流密度可达到9.16mAcm-2,是Z/30CNRs的1.75倍,最大PCE增长至4.03%,IPCE值在波长为350nm最高达95%。从阻抗拟合结果可以得出,界面电荷转移电阻(Rct)从8294 Ω降低到5070 Ω。两步低温热处理法能够使CdS在界面的晶粒有序生长,形成具有较少晶格失配和捕获态的合适界面,促进电子转移和提高电极光电性能。最后,第一性原理计算结果表明,越接近ZnO/CdS界面处的电子电荷密度越高,能够促使电子快速分离和传递。由此可知,界面优化可以有效提高ZnO/CdS电极的PEC性能,为以上实验提供了理论依据。