利用半导体捕获太阳光进行光电催化转化水或者二氧化碳为可利用的燃料（氢气或甲醇,甲烷,一氧化碳等）,是利用太阳能发展绿色能源的重要路径。半导体光电催化水分解制氢包括光生载流子的产生,迁移,反应等过程,在这一系列过程中,都伴随着光生载流子的复合。因此,提高光生载流子的利用效率是提升半导体光催化水分解制氢效率的核心问题。氧化铁（α-Fe2O3）是用作光电阳极材料的理想选择。它不仅吸光性能好,能够吸收太阳光中大部分的可见光,而且化学稳定性好,能在苛刻的强碱性水溶液中保持稳定。并且,它在地球上的储量丰富,廉价易得。但是,Fe2O3的导电性较差,载流子传输距离特别短（2-4nm）,因此,它体相和表面的载流子复合率极高,导致其水氧化反应的效率特别低。在本论文的研究工作中,我们采取构建异质结,元素梯度掺杂,引入介质层等手段,促进Fe2O3光电阳极载流子的高效利用,从而提升其光电催化水氧化反应的性能。利用掠角反应沉积和原子层沉积（ALD）技术可以构建结构规整的Fe2O3/铁酸锌（Zn Fe2O4）异质结光电阳极。可控的Zn Fe2O4厚度和高质量的Fe2O3/Zn Fe2O4界面有助于光生载流子在电极内的传输和分离,从而提升电极的光生载流子利用效率。结合含磷前驱体溶液浸渍和高温焙烧的方法,在Fe2O3纳米棒中引入磷元素的梯度掺杂。在Fe2O3电极中,梯度分布的磷元素,不仅可以增强Fe2O3的导电性,而且能够使Fe2O3体相的能带弯曲程度和范围都得到增大,使Fe2O3光电阳极具有更高的体相载流子分离效率,从而拥有更好的光催化水氧化性能。采用ALD技术在Fe2O3和导电基底之间引入二氧化钛夹层,不仅可以作为界面钝化层,抑制Fe2O3和导电基底之间的界面载流子复合,而且可以作为钛元素的掺杂源,提高Fe2O3的导电性,从而提升Fe2O3的水氧化活性。此外,分枝结构的引入也增大了Fe2O3电极的固-液接触面积,提升其表面的电荷收集效率。针对Fe2O3表面水氧化反应动力学迟缓的问题,我们在Fe2O3表面上构建了碳量子点修饰的氮化碳催化系统,加速了Fe2O3表面的二电子水氧化反应路径。