太阳能光催化分解水制氢是光一化学能转换利用的一种有效途径，目前其应用的主要问题在于光解水制得的氢气和氧气的分离和制氢效率比较低，其中氢氧分离是该技术产业化应用要解决的根本问题，而制氢效率影响其应用的规模。　　 针对上述太阳能光催化分解水制氢存在的主要问题，本论文采用质子膜燃料电池的逆反原理的光催化燃料电池(Photocatalytic Fuel Cell，PFC)技术来实现光解水直接分离制氢，并进一步借鉴具有较高光电转换效率的染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solarcell，DSSC)的光阳极结构，开展可见光催化剂敏化Ti02纳米管/阵列的复合结构光催化剂的制备研究，以提高光化学能转换效率。　　 Ti02基底材料在DSSC光阳极结构中起收集与传输电子的作用，其结构对DSSC光电转换效率有重要影响，因此本论文首先开展了基底材料Ti02纳米管/阵列的制备及其改性研究。　　 (1)通过控制水热合成Ti02纳米管的热处理工艺，制备了高温稳定性、高光催化活性的锐钛矿晶型Ti02纳米管。　　 (2)通过水热合成混晶Ti02纳米管，并在其上进一步液相沉积锐钛矿TiO2调控锐钛矿相与金红石相的比例，制备了与商业化的P25Ti02纳米粉晶型比例接近的混晶Ti02纳米管（锐钛矿：金红石=82％：18%）。由于锐钛矿与金红石混晶的协同作用，该混晶Ti02纳米管具有较好的光催化活性。　　 (3)采用水热合成法制备Au掺杂Ti02纳米管，然后通过在其上液相沉积纯锐钛矿TiO2进行修饰，制备了具有较高光催化活性的Au元素非均匀掺杂Ti02纳米管。　　 (4)采用液相沉积法将Ti02纳米颗粒修饰在TiO2纳米管阵列上，这种Ti02的分级结构有利于载流子的分离，以该Ti02纳米管阵列作为DSSC光阳极材料，有利于提高DSSC的光电转换效率。　　 可见光催化剂与DSSC光阳极中的染料一样，都起光化学能转换的作用，借鉴DSSC光阳极结构，本论文进一步开展用可见光催化剂敏化TiO2纳米管/阵列的制备研究。　　 (1)采用化学浸渍法制备了一系列可见光响应的Bi203敏化Ti02纳米管薄膜，将其组装成敏化太阳能电池结构，通过考察其光电转换性能与Bi203担载量之间的关系，确定了Bi203的最佳担载量。　　 (2)采用化学浴沉积法制备了CdS敏化Ti02纳米管阵列薄膜，考察了制备工艺条件对CdS的担载量、形貌、光电化学行为等的影响，确定了最佳制备工艺条件，该薄膜具有较好可见光分解水制氢性能。　　 最后，借鉴质子膜燃料电池结构，设计并组装了光催化燃料电池装置，考察了光催化燃料电池分解水直接分离制氢的影响因素。　　 采用CdS敏化Ti02纳米管阵列薄膜组装PFC，PFC有效光照面积为6.5×6.5≈42cm2在模拟太阳光照射下产氢率为23ml/h，光电转换效率为1.94%。