随着人类日益提高对煤,石油,天然气等矿物能源大量开采和使用,使能源面临着日趋枯竭的危机。太阳能光解水转化为可储存和没有任何污染的氢能是当前解决能源危机最重要的途径之一。1972年Honda和Fujishima发现太阳光照TiO2半导体电极能分解水得到氢,开始了人类利用太阳能直接光解水制氢的研究。然而经过近四十年的研究后,到目前为止,几乎所有光电化学分解水的材料都是一些无机材料。这些无机材料或多或少都有某些缺陷(如没有可见光吸收,导带太低或者价带太高等)。相反,比起无机材料的这些缺点来,有机半导体则有很多的优点,比如很好的可见光吸收,带隙比较容易的调控,低成本以及生产过程相对简单等等。然而目前很少有关于有机半导体光电化学分解水的报导。为了开发高效的可见光光电化学催化剂,有机材料成了一个不可忽略的选择。本论文主要研究内容如下:　　 1.选取了两种常见的n型有机半导体,然后把它组装成层状的光阳极,来研究其光电化学分解水的活性。这种有机半导体光阳极在三电极体系中,在偏压的帮助下,成功的实现了可见光光照下水的完全分解,并且几乎是按照化学计量比来进行的(氢气和氧气的比为2:1)。与此同时,在100分钟内,TON(转化数)达到了134,这些事实证明了有机半导体是具有光电催化活性的。本论文还发现具有混合层的三层结构的光阳极其光电化学活性最好,并且提出了一个可能的机理来解释这种现象。　　 2.为了尝试石墨烯在光电化学分解水上的应用,本论文还开发了一种共价功能化给体(phenanthrene-9-carboxaldehyde,PCA)-受体(graphene)石墨烯的复合材料,这种复合材料(PCA-Graphene)增强了石墨烯在有机溶剂DMF中的溶解性。石墨烯在这种给体-受体复合材料中表现出很强的接收电子和转移电子的能力。进一步的研究还发现这种共价功能化的石墨烯还具有增强的光电化学性能。