利用太阳能驱动水分解产生氢气和氧气,然后有序利用是实现环境友好、绿色可持续发展的重要手段之一。铁基氧化物(氧化铁、铁酸镧)凭借其优异的水溶液稳定性、无毒低价以及合适的能带间隙(～2.0 eV)成为理想的光解水材料。然而,其内部载流子传输效率低、表面水分解过电位较大等问题,成为制约其发展和应用的主要瓶颈。本文针对铁基氧化物存在的这些问题,分别通过掺杂、表面修饰、异质结构建等方法改善其体相、表界面载流子的输运性质和化学反应动力学,并利用原子层沉积技术进行微纳米结构调控,最终搭建制造了高效稳定的铁基氧化物光解水器件。具体内容如下:1.自主搭建了光解水器件电极测试平台,可独立完成光解水器件的光电流、光起始电位、瞬态光(暗)电流及电化学参数的测试;利用间接法搭建了 350nm～1000 nm的内外量子效率测试平台;分别利用排水法和质谱法搭建了可测量光解水器件在光辐射工作下的氢气和氧气产率(量)的测试平台。2.利用溶胶凝胶法和刮)刀法制备铁酸镧平面光电极,并通过过渡金属离子(Mn,Co,Cu)对其进行掺杂,发现掺杂后光解水效率呈现LaFe0.9Cu0.1O3>LaFe0.9Co0.103>LaFe0.9Mn0.iO3>LaFeO3优化规律。通过循环伏安测试,观察到过渡金属离子掺杂,引起了 Fe3+向Fe4+的放电,从而使得其光电流显著提高。结合阻抗能谱分析,发现其体相内部载流子的输运速率也有效增加,进而修正了其光解水反应路径。3.铁酸镧平面光电极分别在负/正电势区域表现了光阴/阳极电流。通过空穴捕捉剂(Co-Pi)对表面的修饰,其光阳极电流得以促进而光阴极电流被抑制。结合Co-Pi对光解水化学反应及平带电位的影响,建立了 Co-Pi对其表面态修饰的能带结构模型。同时,针对微米铁酸镧平面光电极尺寸对载流子输运的限制影响,利用原子层沉积技术交替生长氧化镧和氧化铁,实现了纳米铁酸镧平面光电极(～20 nm)的制备,结果显示,纳米铁酸镧具有良好的P型光解水器件特征。4.成功利用原子层沉积技术制备了铁酸镧-氧化铁纳米棒异质结光电极,物相表征显示原子层沉积技术制备的铁酸镧膜层均匀致密。而通过对异质结形成后平带电位的分析及界面处能带弯曲和载流子输运性质变化的研究,发现异质结界面的构造有效增加了载流子的输运效率。同时,进一步利用空穴捕捉剂CoOx修饰其表面,优化其表面反应动力学,进而使得光电流得到了大幅提升,同时外量子效率提升到了 25.13%(400 nm)。5.综合上述铁基氧化物光电极的制备及其微纳米结构调控,以及针对体相内部、表面、界面的载流子输运性质的系统研究结果,并结合三电极测试体系和氧气/氢气分离收集的思路,自主设计并集成搭建制造了高效、稳定的微纳米结构铁基氧化物光解水器件。经过测试,该器件可在光辐射下长时间稳定工作,并获得了 30.21%(400 nm)的量子效率和17 mL/h(～250μmol/h·cm2)的产气速率。本文针对铁基氧化物光电极体相内部、表面、界面的载流子输运性质进行系统研究。结果表明,其体相尺寸、表面态以及界面微结构对其载流子输运有着重要影响。我们利用原子层沉积技术制备了超薄纳米铁酸镧平面光电极并探明了其P型光解水器件特征,同时实现了均匀致密的铁酸镧-氧化铁纳米棒异质结的制备,这都表明了原子层沉积技术在超薄均匀膜层制备及多维微纳米结构可控修饰上具有显著优势。基于原子层沉积技术,自主设计并搭建制造的光解水器件也展现了 30.21%(400 nm)的优异光解水性能,这也表现了原子层沉积技术在高效铁基氧化物光解水器件的研究和制备领域上的显著潜力。