氢气被公认为是一种理想的绿色清洁能源,自1972年Fujishima和Honda首次利用TiO2吸收太阳光催化分解水制氢以来,通过光电化学分解水的方法利用可再生的太阳能制氢就一直备受瞩目。硅作为一种价格低廉、储量丰富的半导体材料,具有吸光范围广、载流子扩散距离长等优势,在光电极的制备中备受瞩目。而通过微纳加工手段在硅上制备纳米结构阵列使其具有减反特性,可以有效提高电极对光的吸收效率,同时增大与电解液的接触面积,从而提高光电化学分解水的效率。本文通过纳米压印技术制备了具有纳米孔阵列结构的硅衬底,并引入了纳米金环阵列和Ti02层构建了一种纳米异质结构阵列,用于催化分解水制氢。由于所涉及的制备工艺均为可重复、可控的微纳加工技术,我们可以制备出具有精确结构参数、尺寸单一可控的纳米结构阵列。我们首先通过纳米压印、反应离子刻蚀制备出具有孔阵结构的硅衬底,而后通过溅射镀膜在硅衬底上镀上均匀包覆的金层,再用离子束刻蚀去除掉水平表面上的金层,仅留下侧壁上的金层形成内嵌的金环阵列。金环紧贴硅孔侧壁垂直于硅衬底平面的设计可以尽可能地减少普通金属纳米结构因覆盖于硅衬底平面而造成的曝光面积的损失,从而减少由于金属对光的反射、散射造成的光吸收损失。我们通过理论模拟对所设计结构的光学性能进行了研究,同时可以通过可控的制备流程对结构参数进行精准调控,使其与理论模型尽可能一致,以理论模拟来合理指导结构设计。通过理论分析,可知引入的纳米金环阵列在光照条件下可以激发局域表面等离激元共振效应,在金环顶部产生大量的“热电子”。金环与Ti02层之间会形成肖特基结,集中于金环顶部的热电子可以越过肖特基势垒,跃迁至Ti02的导带上,从而在光电催化水分解过程中参与析氢反应。所制备的纳米异质结构阵列在光电化学测试过程中,展现出优秀的催化制氢性能。其中性能最好的样品具备0.32 VRHE的开启电势,最大光电转换效率可达13.3%。同时,在电催化与光电催化过程的共同作用下,样品具备优异的制氢速率,在-1VRHE的偏压下催化制氢时的电流密度可达50mA/cm2。稳定性测试的结果表明所制备样品催化制氢过程中具有稳定的产氢速率。实验结果与理论模拟的预测有着很好的匹配度,由此,我们分析了所制备纳米异质结构在催化制氢过程中的工作机理,证明其能够带来高效的载流子产生、分离与传输过程,从而优化电极的光电化学性能。本文所设计与制备的此种新颖的纳米异质结构阵列,展现了优秀的催化制氢性能,或许能够对之后通过结构设计与合理的材料利用来提升光催化制氢性能的工作有所启发。