21世纪以来,污染严重的环境问题和能源的日益减少是世界所面临的两大挑战。由于太阳能是清洁能源且具有超高的能量,因此能够充分利用太阳能是人类的终极目标,对它的探索也从未停止过。通过水分解将太阳能转换为氢气形式的化学能可能是解决当今能源和环境危机的终极策略。光电化学（PEC）水分解因为它的低成本、高效率、清洁环保且可工业化生产的特点,所以是水裂解中一种非常有潜能的方式。然而,其性能受到非常缓慢的光阳极水氧化反应的限制。因此,大量研究集中于改善光电化学水氧化反应的光阳极。蠕虫状纳米阵列α型三氧化二铁（WN-α-Fe₂O₃）核-助催化剂壳层构架有望最大限度地提高赤铁矿三氧化二铁的光电化学（PEC）水氧化性能,但它们的制备面临着巨大的挑战,催化剂的促进作用有待于进一步提高。针对这些问题,我们通过原位水热生长然后煅烧的方法得到一层超薄、均匀且致密的Co₃O₄壳层,在赤铁矿（α-Fe₂O₃）上形成大面积、高密度的α-Fe₂O₃@Co₃O₄核壳纳米阵列,其中α-Fe₂O₃与反应物之间的静电力,pH值和温度控制的WN-α-Fe₂O₃结构以及Co₃O₄前躯体的超低成核率都扮演关键角色。得到的异质纳米结构阵列显示出光电流密度有3.48 mA cm^-2,比原始α-Fe₂O₃(0.86 mA cm^-2)的光电流密度高4.05倍,起峰电位约0.62V,比原始WN-α-Fe₂O₃（⁰.68 V）低约60mV,以及它的光转换效率为0.55%,比WN-α-Fe₂O₃（0.14%）高3.93倍。研究发现Co₃O₄壳层能够显著增强电荷的分离,加速电荷传输和转移,并减少光电极到电解液的电荷转移阻力实现快速的水氧化反应,从而极大地促进了WN-α-Fe₂O₃的PEC水分解性能。这项工作不仅创造了一个新的低成本、地球资源充足且具有优异的PEC水分解性能的α-Fe₂O₃@Co₃O₄光电极,对水分解效率增强机制也提供了科学的见解。进一步,我们首次报道了Co₃O₄/GQD（GQD为石墨烯量子点）混合助催化剂的超薄、均匀、致密层直接生长在蠕虫状纳米结构赤铁矿三氧化二铁（WN-α-Fe₂O₃）上,通过自组装然后热处理的方法在纳米棒上形成大面积、高密度的WN-α-Fe₂O₃@Co₃O₄/GQD核-混合壳层纳米阵列。得到的异质纳米结构阵列显示出的光电流密度有3.631 mA cm^-2,比WN-α-Fe₂O₃、WN-α-Fe₂O₃@Co₃O₄和WN-α-Fe₂O₃@GQD分别高出4.19,1.78,和1.69倍。起峰电位约0.63V,比WN-α-Fe₂O₃、WN-α-Fe₂O₃@Co₃O₄和WN-α-Fe₂O₃@GQD分别低90mV、110mV、30mV,以及它的光转换效率为0.59%,比WN-α-Fe₂O₃、WN-α-Fe₂O₃@Co₃O₄和WN-α-Fe₂O₃@GQD分别高出4.10、2.36、1.92倍。这是报道的以三氧化二铁为基础的光电阳极的水分裂最高性能之一。发现Co₃O₄/GQD壳层通过耗尽层和亥姆霍兹层显著增强了电荷分离,降低了电荷转移电阻,提高了从光阳极到电解液的空穴注入效率,从而大大促进WN-α-Fe₂O₃于PEC水氧化活性,GQDs可以显著增加Co²⁺在Co₃O₄/GQD杂化共形组装中的分散,以及提高Co₃O₄的水氧化活性,使Co₃O₄与GQDs具有良好的协同作用,从而提高了Co₃O₄/GQD混合壳层的促进效率。同样的,该工作不仅创造了一种新颖、低成本、地球资源充足且具有优异的PEC水分解性能的WN-α-Fe₂O₃@Co₃O₄/GQD光电极,并为其性能增强机制提供科学的见解,此外,还提出了一种在不同的光电极上生长混合WOC（水氧化催化剂）壳层的一般策略。