自工业革命以来,人类社会飞速的发展消耗了大量的一次能源,带来的环境污染日益加重。同时,全球能源分布不均使得我国面临的能源危机尤为严重。所以,寻求一种清洁高效的能源迫在眉睫。氢能来源广泛,能量质量密度高,燃烧产物无污染,是一种绿色环保的可再生能源。大力发展氢能对保障我国能源安全,积极应对全球环境问题具有重要意义。光电水解制氢是在催化剂的作用下,利用电能和光能使水电离而产生氢气和氧气的方法,被认为是提供氢能源的有效途径之一。光电阴极是光电析氢电解池当中重要的组成部分。目前,在大多数光电阴极的研究当中,多采用半导体材料作为光催化层提供光生载流子,贵金属铂基材料作为助催化剂提供优异的析氢性能。然而半导体材料自身的局限性使得电极的光电催化性能难以获得实质性的突破,同时贵金属的使用也大大增加了电极的制备成本。未来开发低成本、高效、稳定的光电阴极材料,推动光电催化制氢工业化进展依然是广大研究者的目标。本论文采用原位生长法在不同的导电基底（金属钛片、钼片、泡沫铜）上结合催化剂设计和电极界面设计制备得到了三种高效稳定的光电阴极材料。分别对二氧化钛光催化层进行开放性形貌设计,以等离激元金属铜纳米线、金属性光催化剂氮化钼取代半导体光催化层制备了新型金属性光电析氢阴极。并通过负载非贵金属硫化钼作为助催化剂提升了光电阴极的催化活性。通过优化电极的制备工艺,实现了催化剂的形貌调控和电极界面性质的优化。对电极的催化剂进行晶体结构、微观形貌、光学性能以及光电化学性能的测试与表征,构建适宜的能带模型,分别阐述了三类不同的复合光电阴极催化体系的光电性能来源和提升机制。本研究取得的主要成果如下:（1）金属钛片经阳极氧化法随后电泳沉积法制备了原位生长的包覆了硫化钼的二氧化钛复合光电阴极材料（v-TiO2@MoS2/Tifoil）。电极的微观形貌测试表明,TiO2纳米管的内壁及管口处均成功的包覆了 MoS2助催化层,并且真空预处理法保证了纳米管结构的通畅性。该结构最大程度的暴露了 MoS2的催化活性位点,并且TiO2和MoS2紧密的结合共同提升了光电阴极的光电催化活性。相较于封闭式的纳米管状复合催化剂,畅通的纳米管状催化剂表现出了更高效的可见光吸收效应。高度定向的TiO2纳米管阵列与MoS2层间的正交分离,有利于光生载流子的定向迁移。TiO2@MoS2界面间形成的异质结使得复合催化体系的可见光利用率更高,并有效的降低了光生电子-空穴对的复合几率。所制备的v-TiO2@MoS2/Ti foi l电极展现出更高效稳定的光电催化性能。（2）金属泡沫铜基底经湿化学法和电泳沉积法制备了原位生长的包覆了二硫化钼的铜纳米线光电阴极材料（Cu NWs@MoS2/Cufoam）。电极的光学性能测试表明Cu NWs@MoS2/Cu foam光电阴极的性能主要来源于Cu NWs的等离激元效应。通过引入MoS2助催化剂可有效的捕获等离激元效应产生的热电子进而快速的发生析氢反应。Cu NWs的核心结构可促进载流子的定向迁移,并且在界面处与MoS2形成的异质结降低了载流子的复合几率。电极的三维多孔承载一维纳米线的结构赋予了电极超亲水疏气的界面性质,有利于电极与电解液的充分接触和析出气体的快速释放,为电极提供了更多的析氢活性位点并降低了析氢阻力。在稳定性测试中,电极在大电流长时间的析氢反应中表现出了优异的结构稳定性和电化学稳定性,得益于电极的原位制备方法和Cu NWs与MoS2界面处中间相的生成。（3）以金属钼片为导电基底,在不同气氛下煅烧处理制备了原位生长的氮化钼电极（Mo3N2/Mo foil）。通过实验测试和密度泛函理论计算证明了 Mo3N2的金属性本质以及在可见光范围具有良好的光吸收效应。单纯的金属性光催化剂Mo3N2的光催化析氢速率达到了 158.78 μmol h-1 g-1。为进一步提升电极的光电催化析氢性能,通过低温表面硫化法制备了Mo3N2-MoS2/Mofoil复合电极。通过构建复合催化剂的能带结构,解释了复合电极光电催化性能来源和性能提升机制。光电阴极的光性能主要来源于金属性光催化剂Mo3N2受可见光激发通过带内跃迁的方式可产生热电子,进而激发析氢反应。经低温表面硫化法引入的MoS2与Mo3N2形成了适宜的能带结构,结合界面处的肖特基势垒有效的加强了光诱导激发产生的电子-空穴对的分离,提升了光生电子的利用效率。同时MoS2的引入,增多了电极界面处的析氢反应位点,综合提升了光电阴极的光电催化析氢效率。