能源短缺和环境污染是当今科学家们所面临的两个重要的问题。氢能作为一种清洁能源,既能解决能源短缺问题又能解决环境污染问题。目前,利用光催化/光电催化技术解决能源危机和环境危机已经越来越受到科学家们的关注。本论文是利用简单易得的TiO₂纳米管阵列作为基底,通过对TiO₂纳米管阵列进行优化改性,提高其光电催化性能。主要的研究内容为:（1）采用简单的两次阳极氧化法,直接在Ti片上制备出了TiO₂纳米管阵列。以垂直生长的TiO₂纳米管阵列为基体材料,通过简单的溶液（Na BH₄）还原法制备Ti O_2-x纳米材料。电化学结果表明,Ti O_2-x-40min在1.23 V vs.RHE下的值为0.65 m A?cm^-2,相比较TiO₂电极(0.38 m A?cm^-2)提高了66.67%。入射光子-电流转换效率（IPCE）达到58.13%,相比较于纯的TiO₂提升86.79%。引入氧空穴（V_O）后使材料的禁带宽度变小,扩大了光的吸收范围,促进光生电子和空穴的分离。（2）以垂直生长的TiO₂纳米管阵列为基体材料,首次利用黑磷量子点（BPQD）和氧空穴（V_O）制备了用于光电催化水分解的Ti O_2-x/BP异质结光电极。电化学结果表明,通过负载BPQD和引入V_O可以使TiO₂的禁带宽度变小,促进光生电子和空穴的分离,显著提高光电流的密度。Ti O_2-x/BP光电极表现出的最大光电流密度在1.23 V vs.RHE下的值为1.12 m A?cm^-2,几乎是原始TiO₂光电极(0.38 m A?cm^-2)的3倍。电化学测试结果表明,Ti O_2-x/BP复合材料中的氧空位和BPQD不仅促进了电荷的分离和迁移,而且增强了水氧化反应活性位点的活性和数量。（3）以垂直生长的TiO₂纳米管阵列为基体材料,通过一步水热法负载Zn_0.4Ca_0.6In₂S₄（ZCIS）纳米颗粒,利用ZCIS纳米颗粒较好的光吸收性能,以及形成异质结后良好的分离和转移光生电子和空穴。电化学结果表明,TiO₂/ZCIS光电极的最大光电流密度在1.23 V vs.RHE下的值为0.63 m A?cm^-2,相比较纯的TiO₂提升了61.5%。此外,TiO₂和TiO₂/ZCIS在365 nm处的入射光子-电流转换效率（IPCE）从31.03%增加到42.29%。