将资源丰富的太阳能和储量丰富的水结合用于光电化学分解水制氢,能够一并处理环境危机和能源问题,值得研究者大力研究。其中半导体光电极的研究至关重要,而对太阳光的响应和吸收以及光生载流子的运输和分离又是该研究的关键。本文将研究p型半导体Co₃O₄,作为光电阴极材料,用于光电化学分解水制氢。结合溶剂热法和热处理工艺制备不同形貌的Co₃O₄薄膜,将其作为光电阴极应用于光电化学分解水制氢,研究前驱体物质、反应时间和添加剂对形成Co₃O₄纳米线、Co₃O₄纳米片簇、Co₃O₄纳米颗粒和Co₃O₄纳米立方体结构的反应过程和形成机理,并就形貌对光电性能的影响机制做了详细的研究和讨论。基于一维结构载流子传输效率高的特性,针对一维Co₃O₄纳米线进行了改性研究。通过电化学沉积和热氧化的方法制备了一维Co₃O₄/Cu O纳米线异质结来拓宽光响应吸收范围和提高载流子的运输分离性能。通过化学浴法在一维Co₃O₄/Cu O纳米线异质结表面负载了助催化剂银纳米颗粒来进一步提高载流子的运输分离性能。对所制备样品的形貌、物相以及光电性能进行了表征,分别探讨了形貌、异质结和助催化剂对半导体光电极的影响机制。结果表明,通过控制溶剂热反应的前驱物和反应时间,添加适当的添加剂,可制备不同形貌的Co₃O₄薄膜,在光照条件下Co₃O₄纳米线、Co₃O₄纳米片簇、Co₃O₄纳米颗粒和Co₃O₄纳米立方体光电阴极的光电流密度分别为-0.40mA/cm²、-0.28 mA/cm²、-0.22 mA/cm²和-0.69 mA/cm²（-0.20 V vs.RHE）。基于一维Co₃O₄纳米线结构利于载流子快速传输的特性,利用CuO纳米颗粒对其改性构筑半导体异质结,所获得的一维Co₃O₄/Cu O纳米线异质结光电阴极的光电流密度达到-1.55 mA/cm²（-0.20 V vs.RHE）,是一维Co₃O₄纳米线光电阴极的3.9倍,这归因于CuO较窄的禁带宽度拓宽了光响应范围并增加了可见光吸收,形成的异质结结构促进了光生载流子的分离和运输。负载助催化剂Ag纳米颗粒对一维Co₃O₄/CuO纳米线异质结进一步改性,所获得的一维Co₃O₄/CuO/Ag纳米线复合结构光电阴极的光电流密度增加至-5.13 mA/cm²（-0.20 V vs.RHE）,是一维Co₃O₄纳米线光电阴极的12.8倍,这主要依赖于Ag纳米颗粒捕获光生电子进一步加强了载流子的分离抑制了载流子的重组。