太阳能光催化制氢技术为缓解当前能源危机和减少环境污染问题提供了新思路。作为太阳能光催化领域的核心技术,高效稳定的半导体光催化材料的研究开发成为当前亟待攻关的重点。与其它光催化材料相比,赤铁矿(α-Fe203)因具有禁带宽度适中、化学稳定性良好、地球储量丰富以及环境友好等优点而受到广泛关注。然而,α-Fe203在光催化应用中也存在诸多缺点,如导电性差、光生空穴扩散距离短、氧化水反应的界面电荷传输困难等,导致其光催化制氢效率并不高。针对上述问题,本论文采用离子掺杂,构建半导体异质结和量子点敏化的方法来有效改善α-Fe203薄膜电极的光电催化活性,并探讨其光电催化性能得以提升的机理,主要研究内容如下:(1)利用电化学沉积的方法在FTO导电玻璃上制备出Fe2O3纳米片阵列,通过外掺杂的方式实现Ti元素的均匀掺杂,最后根据半导体能带匹配原理,将CdS纳米颗粒修饰到Fe2O3纳米片上,构建出光电催化性能更优的Ti-Fe2O3/CdS异质结。分析认为,Ti掺杂主要起两个作用:首先,增大载流子密度,改善材料导电性;其次,调变带隙,提高材料光吸收性能。Ti-Fe2O3/CdS异质结的光电催化效率明显高于Ti-Fe2O3,原因是CdS颗粒层的存在大大降低了材料光生电子-空穴对复合的几率。(2)利用CQDs的荧光特性和良好的电荷传输性能,将CQDs引入Fe2O3体系,探讨CQDs对Fe2O3光电催化活性的影响。UV-vis测试结果表明,由于CQDs具有荧光性质,复合薄膜在可见光及近红外光波长范围内光吸收强度有所增强。EIS分析显示,CQDs修饰Fe2O3表面可以减小电极/电解质界面的电荷转移电阻。光电性能测试结果证明,CQDs/Fe2O3复合电极的光电催化性能明显优于Fe2O3电极,当测试偏压增加到0.23 V时,CQDs/Fe2O3复合电极的光电流密度约为Fe2O3的25倍。