能源和环境问题是人类社会可持续发展亟待解决的两大挑战。半导体光催化反应能够利用太阳光裂解水产氢或降解有机污染物,已被视为解决新世纪能源和环境问题的可行之策。半导体的光催化性能受限于光吸收和光生载流子的复合。铁电材料的內建电场可以有效分离载流子,提高材料光催化活性。本文通过两步阳极氧化法制备TiO₂纳米管,利用水热反应制备TiO₂/BaTiO₃核壳结构铁电复合纳米管;采用溶胶凝胶法在FTO玻璃基底上制备了铁电Bi₅Ti₃FeO₁₅薄膜,利用离子置换技术制备了Bi₅Ti₃FeO₁₅/BiOCl铁电异质结薄膜,并对上述铁电复合材料的组织结构以及光电化学性能进行了系统研究,主要研究结果如下:1、采用两步阳极氧化法制备了TiO₂纳米管阵列。系统研究了第二次电解电压对纳米管形貌结构和光电化学性能的影响。两次阳极氧化均采用60V电压成功制备得到了光催化性能优良的TiO₂纳米管阵列。在相对于可逆氢电极（RHE）1.23V的测试电压下,光电流密度达到1.04 m A/cm²,光转换效率达0.58%,是一步法制备的纳米管的光转化效率的3.4倍。纳米管经光照测试2h后饱和光电流密度衰减仅5%,稳定性良好。2、利用上述TiO₂纳米管为基材,采用水热法合成TiO₂/BaTiO₃核壳结构纳米管。系统研究了反应物浓度和反应时间对水热产物组织形貌的影响,确定了最佳的水热合成工艺,制备得到光催化性能优异的TiO₂/BaTiO₃核壳结构纳米管。水热30min的样品光电流密度达到2.23 m A/cm²,是纯TiO₂纳米管的2倍多,光转换效率达到1.6%,是TiO₂纳米管的2.7倍。电化学阻抗谱分析表明,水热处理可以减小钛片与氧化钛的接触电阻,降低电极/溶液电阻,利于光生载流子的传输。光生开路电压延迟OCPVD测试结果表明,水热30min样品的光生载流子寿命相比纯TiO₂纳米管提高了近5倍,说明负载钛酸钡明显提高了复合材料的载流子寿命,间接证明铁电钛酸钡抑制了TiO₂/BaTiO₃催化剂中光生载流子的复合,促进了载流子分离。利用亚硫酸钠作为空穴捕获剂,开展纯TiO₂和TiO₂/BaTiO₃核壳结构纳米管在亚硫酸钠体系和水体系中的光电流特性研究,发现导致TiO₂/BaTiO₃核壳结构纳米管光催化性能增强的主要原因是负载BaTiO₃提高了光生载流子的分离效率。分析认为,钛酸钡铁电自发极化形成的內建电场可能是导致材料具有高光生载流子寿命和高载流子分离效率的主要原因,从而导致TiO₂/BaTiO₃核壳结构纳米管具有优异的光催化性能。3、采用溶胶凝胶法在FTO导电玻璃基底上制备Bi₅Ti₃FeO₁₅薄膜,通过在晶化过程中外加极化场,获得了不同极化取向的Bi₅Ti₃FeO₁₅薄膜。光电流测试结果表明正向极化的Bi₅Ti₃FeO₁₅薄膜的光催化性能最好,光电流密度比未极化样品提高了3.8倍,反向极化的Bi₅Ti₃FeO₁₅薄膜的光电流密度比未极化样品提高了2.3倍。在0.5M盐酸中处理不同时间,成功制备了不同极化取向的Bi₅Ti₃FeO₁₅/BiOCl异质结薄膜。光电流测试结果表明未极化样品形成异质结后光电流密度提升了1.6倍;正向极化和反向极化Bi₅Ti₃FeO₁₅/BiOCl异质结薄膜的光电流密度分别是未极化异质结薄膜的3.5倍和3.14倍。说明铁电内建电场显著提高了异质结薄膜的光催化活性。利用M-S曲线测试得到Bi₅Ti₃FeO₁₅和BiOCl在水相体系中的能级结构图,发现能级结构不利于载流子分离,证明铁电内建电场的作用是改善Bi₅Ti₃FeO₁₅/BiOCl异质结薄膜光催化活性的主要原因。