随着能源危机和环境污染问题的日益加剧,开发利用清洁新能源受到了全世界的广泛关注。光电催化分解水制氢技术作为太阳能利用的主要手段之一,可以将目前最丰富的能源太阳能直接转化为清洁能源氢能,为人类利用太阳能缓解能源危机和环境污染问题提供了可能性。然而历经了四十余年的努力,光电催化分解水制氢技术的太阳能转化为氢能效率仍然较低,达不到大规模产业化的程度,这主要是由于该技术手段的核心组成部件半导体材料在光电催化分解水制氢应用方面存在着诸多缺点。开发利用光催化稳定性好、太阳光响应范围宽、光生电子-空穴对分离和传输效率高以及表面水分解反应动力学快速的半导体催化剂材料是解决这些问题的关键因素。目前光催化领域的研究主要集中在新型光催化剂合成、材料制备手段开发、光催化机理探究以及光催化技术与其他能源技术交叉结合应用探究等方面。本文选取光催化稳定性良好及可见光吸收能力较高的三元金属氧化物半导体材料作为研究对象。通过探寻新型的三元金属氧化物光阳极材料、改善现有光阳极材料光生电子-空穴对分离和传输效率以及开发新颖的低成本的三元金属氧化物薄膜材料制备手段,进一步提高三元金属氧化物光阳极材料的光电催化分解水性能,探究光电催化机理以及拓宽金属氧化物薄膜材料制备方法。主要工作和结论如下:（1）研究开发新型的具备优良可见光吸收性能的光催化剂材料一直是发展太阳能分解水制氢技术的关键内容。采用滴涂法制备了CuV₂O₆和Cu₂V₂O₇两种新型的Cu基钒酸盐半导体薄膜光阳极材料,并系统地测试了其理化性质及光电催化性能,包括带隙、能带位置、平带电位、入射光转化为电流效率、光电催化分解水性能、光电催化稳定性以及光电催化产氧法拉第效率等。CuV₂O₆和Cu₂V₂O₇薄膜材料在1.23 V vs.RHE的电位及0.1 M硼酸钠缓冲溶液（pH 9.2）中分别表现出25及35μA/cm2的光电流密度。随着外加电压的提高,其光电流密度迅速增加,在1.58 vs.RHE电位时,这两种薄膜材料分别表现出220及120μA/cm2的光电流密度。通过在硼酸钠缓冲溶液中添加空穴牺牲剂,CuV₂O₆和Cu₂V₂O₇均表现出比在未添加空穴牺牲剂的电解液中高的光电催化性能。因此,改善这两种材料表面水氧化反应动力学将进一步提高其光电催化分解水性能。本工作证明CuV₂O₆和Cu₂V₂O₇薄膜材料在光电催化分解水应用方面是两种很有希望的光阳极材料。（2）采用电沉积方法制备了多孔纳米CuWO₄薄膜光阳极材料用于光电催化分解水,并对制得的CuWO₄薄膜材料进行了氢气高温处理。结果发现,经氢气处理后的CuWO₄薄膜材料比未经处理的薄膜材料具有更高的光电催化性能。性能提高的原因可能是由于氢气处理给CuWO₄薄膜材料带来的两种效应。一方面,氢化作用在CuWO₄薄膜材料中引入了氧空位,增加了CuWO₄薄膜载流子浓度,从而促进了其光生电子-空穴对的分离和传输。另一方面,氧空位的引入增强了CuWO₄薄膜材料对可见光的吸收能力,密度泛函理论模拟计算也验证了这一效应。然而入射光转化为电流效率测试结果表明,CuWO₄薄膜材料因为氢化作用而增强吸收的可见光并没有被用来进行光电催化氧化水反应。因此,第一种效应是氢气处理后CuWO₄薄膜材料光电催化性能增强的主要原因。本工作首次运用实验及密度泛函理论计算方法探究了氢气处理对CuWO₄薄膜材料结构、光学和电子性质以及光电催化性能的影响规律及作用机理。（3）单斜晶BiVO₄半导体材料是目前最有希望的光阳极材料之一,开发新颖的、易于操作的、可制备高质量BiVO₄薄膜的制备方法对光电催化分解水制氢技术的发展具有重要意义。本工作开发了一种新型的三元金属氧化物薄膜材料制备方法,即简化连续离子层吸附及反应方法（s-SILAR）。运用此方法成功地制备出了高质量的BiVO₄光阳极材料用于光电催化分解水。采用s-SILAR方法制备的BiVO₄薄膜材料在1.23 V vs.RHE及AM1.5G模拟太阳光下表现出⁰.70 mA/cm2的氧化水光电流密度及¹.20 mA/cm2的氧化亚硫酸光电流密度。在制得的Bi VO₄薄膜表面采用光辅助电沉积方法沉积一层Co-Pi复合物产氧催化剂后,其在1.23 V vs.RHE电位下氧化水的光电流密度更是达到了⁰.97 mA/cm2。通过该方法制备的BiVO₄薄膜材料质量高且光电催化性能优良,因此s-SILAR方法是一种很有潜力的BiVO₄半导体薄膜材料制备手段,并可推广运用于其他三元金属氧化物薄膜材料的制备。