摘要
随着科技的进步和人类社会的发展，能源危机与环境问题备受人们的关注。为解决这些难题，寻找高效、清洁和资源丰富的可再生能源是人类亟需完成的任务。光电化学（PEC）分解水是一项依靠太阳能和电场驱动，且不需要消耗化石燃料的具有前景的技术。在众多光阳极材料中，二氧化钛（TiO2）具有廉价无毒、生物相容性良好、合适的能带结构等优点。但其可见光吸收率低，载流子快速复合等问题限制了TiO2在光电化学分解水中的应用。因此本文专注于对TiO2的缺点进行改进，通过半导体复合、引入助催化剂和贵金属修饰的方法，来提高TiO2的光电化学分解水的活性。主要研究内容如下： （1）通过水热法在介晶TiO2纳米棒阵列（TiO2NAs）上复合钛酸钙（CaTiO3），得到了异质结构介晶TiO2-CaTiO3纳米棒阵列。通过一系列表征对异质结构介晶TiO2-CaTiO3纳米棒阵列的形貌和结构进行了探究，结果显示该异质结构均匀生长在F掺杂的SnO2（FTO）基底上，呈现出一种核壳结构，同时维持着良好的介晶纳米棒阵列结构。研究结果表明，异质结构介晶TiO2-CaTiO3纳米棒阵列在水的分解电压1.23Vvs.RHE处光电流密度达到了1.20mA/cm2，相比未改性的TiO2（0.75mA/cm2）提升了60%。TiO2光电流密度的提升归因于形成异质结，降低了光生电子与空穴的复合率，促进载流子的分离与传输，从而提升了TiO2的光电催化性能。 （2）利用电沉积法合成了复合结构二氧化钛-钴铝双层金属氢氧化物（TiO2-CoAlLDH），通过一系列表征对复合结构TiO2-CoAlLDH的形貌和结构进行探究，显示CoAlLDH纳米片均匀沉积在介晶TiO2纳米棒阵列上。研究结果表明，复合材料TiO2-CoAlLDH在水的分解电压1.23Vvs.RHE处光电流密度为0.92mA/cm2，相比未改性的TiO2提升了34%。TiO2光电流密度提升归因于负载了CoAlLDH，加速水的氧化，提高了表面注入效率，从而改善了TiO2的光电化学性能。再通过电沉积法将贵金属钌（Ru）负载在复合材料上，形成TiO2-CoAlLDH-Ru三元复合材料，光电流密度达到1.97mA/cm2，相比未改性的TiO2提升了近2倍，显示了TiO2-CoAlLDH阵列的巨大潜力以及TiO2-CoAlLDH-Ru三者之间协同作用的优异性。
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