氢气燃烧产物只有水,实现了碳的零排放,被认为是未来世界的新能源,并且可以由水分解制取。光电化学池可以在阳极、阴极分别发生水的氧化反应和还原反应产生氧气和氢气,将太阳能以氢气的形式储存起来,其中稳定、廉价的催化剂是关键。ɑ-Fe₂O₃具有合适的禁带宽度,较高的理论光-电转化效率,光稳定性好,在地壳中的储量丰富,被认为是最具有发展前景的光电催化材料之一;但是,它的导电性差、光生电荷寿命短、氧化反应过电位高,严重阻碍了其发展。目前文献中大多通过不同的制备技术获得特定的纳米结构,元素掺杂来增强ɑ-Fe₂O₃的导电性,表面处理来降低氧化反应过电势或陷阱浓度,与其它材料复合来增加光生电压或催化剂表面积。本论文研究内容以溶剂热法为基础,然后分别对ɑ-Fe₂O₃进行助催化剂负载和纳米结构调控;通过拉曼、扫描电镜、透射电镜、固体紫外-可见吸收光谱、X光电子能谱等手段进行了物理表征,运用线性扫描伏安、计时电流、电化学阻抗以及莫特-肖特基曲线等电化学手段研究了其光电响应性能,具体分为以下三个部分:1.在裸露ɑ-Fe₂O₃表面,通过构建合适化学反应负载了镍铁硼助催化剂,研究了负载前后光电极的多种物理和电化学性质以及它们之间的构效关系,结果表明:镍铁硼以尺寸为几十纳米的颗粒状分布在纳米棒的表面,而且深入到纳米棒之间的空隙中,这种深入的负载减小了光电极的表面电阻和电容,显著降低开口电压,加速界面处氧化分解水反应的动力学,使得光电流密度提升了约1.7倍。2.在裸露ɑ-Fe₂O₃表面,通过特定比例的镍盐、铁盐、次磷酸钠250℃下发生的化学反应,负载了镍铁磷助催化剂,考察了不同负载量对ɑ-Fe₂O₃光电催化性质的影响,结果表明:尺度约为几十纳米的镍铁磷分布在纳米棒表面,而在纳米棒与棒之间的空隙中则以网状的形式呈现,这种结构提升了FTO表面ɑ-Fe₂O₃膜的多孔性,使得纳米棒之间相互连接,便于光生电荷的分离与转移,负载后ɑ-Fe₂O₃光电响应的稳定性优异,光电流密度也提升了1.5倍。3.在制备ɑ-Fe₂O₃的前体β-FeOOH时,在溶液中加入低分子聚合物,利用其受热分解产生气体的特性,制备出了表面粗糙多孔的ɑ-Fe₂O₃纳米棒,与表面光滑的纳米棒相比,这种粗糙多孔结构可以增加光电极与电解液的接触面积,加速电荷在界面处的转移。