随着人口的增长和经济的高速发展,人类对燃料的消耗速度不断加快,化石燃料的可使用时间变得越来越有限。另外,化石燃料在使用时,会对环境造成严重的破坏。因此,发展一种长期可持续的绿色能源已经迫在眉睫。太阳能是一种取之不尽用之不竭的自然能源,它每秒钟照射到地球上的能量相当于500万吨煤燃烧时所产生的能量。而氢能是一种绿色无污染的能源,它燃烧的唯一产物是水。因此,利用太阳能采用光电化学（PEC）分解水制氢技术来制取氢气受到了人们的普遍关注,寻找和研究有潜力制备高性能PEC光阳极的半导体是该领域目前的重要研究方向。目前,PEC光阳极的主要研究对象有TiO₂、ZnO、Fe₂O₃、CdS、BiVO₄、WO₃、ZnS以及SnO₂等,它们都展现了比较优良的PEC性能。然而,若要使PEC分解水制氢实现商业化,这些半导体材料的PEC性能还需要进一步提高。提高半导体PEC性能的方法主要有元素掺杂、形貌控制、覆盖钝化层、形成异质结等。这些方法能从一定程度上提升材料的PEC性能,然而寻找更简便的表面处理方法有利于光阳极的制备。本论文分别制备出了Ti:Fe₂O₃/CdSe和W:BiVO₄电极,并对这些电极进行了不同的表面处理。结果表明经过表面处理的光阳极均在一定程度上提高了PEC性能,随后进一步研究了这些光阳极的性能提升机理。本论文具体分为三个部分:1.首先,论述了提高太阳能利用率的重要性;其次,简要说明了PEC水分解的基本原理以及满足PEC水分解的几个关键条件,并说明了研究光阳极材料的重要性;然后,分别简要总结了在PEC性能表征过程中的几个主要测量指标以及几种常见光阳极的研究进展;最后,介绍了实验中使用的材料、仪器以及表征方法等。2.研究了Ti:Fe₂O₃/CdSe异质结的制备和表面处理及其光电化学行为。首先,采用水浴法制备出了Ti:Fe₂O₃,然后进一步使用电沉积法在Ti:Fe₂O₃上沉积CdSe以形成异质结,最后研究了高温退火过程中不同气体环境对Ti:Fe₂O₃/CdSe电极PEC性能的影响。Ti:Fe₂O₃/CdSe光阳极在1.2 V vs.RHE时的光电流密度为3.25mA/cm²,约为Ti:Fe₂O₃的6.5倍。PEC性能提高主要是因为Ti:Fe₂O₃/CdSe异质结的形成加快了光生电子和空穴的拆分和传输。空气气氛退火则在电极表面形成了Se氧化物保护层,减少了电极的阳极腐蚀,提高了电极的稳定性。3.研究了W:BiVO₄的表面化学处理及其光电化学行为。首先,采用一种金属有机分解法制备出了W:BiVO₄和BiVO₄电极,然后使用NaOH溶液对两种电极进行了表面处理。W:BiVO₄光阳极的光电流密度在1.23 V vs.RHE时达到了0.65mA/cm²,约为未经表面处理的W:BiVO₄电极的2.3倍。有趣的是,表面处理后的BiVO₄光阳极的光电流密度并没有得到提升。表面处理提升W:BiVO₄电极性能主要是因为电极表面的W⁶⁺可能作为电子和空穴的复合中心,影响电荷的转移,而NaOH溶液可将这种复合中心溶解。以上研究表明,光阳极的表面处理是一种提升PEC性能的有效方法。光阳极与电解液界面处存在着限制PEC性能的关键因素,因此表面处理可以促进电荷拆分和转移,避免严重的电荷复合,减弱电极表面光腐蚀等,未来我们还可以进一步拓展光阳极表面处理的方式和方法。