社会经济的发展离不开能源的大量供给和消耗,目前人类社会已经面临不可再生能源的短缺和环境污染等问题。因此,研究和开发新型的清洁的能源技术迫在眉睫。氢能具有能量密度高、绿色环保、便于储存和运输等优点,是最理想的清洁能源。光电化学（PEC）分解水制氢技术是在光和电的作用下,将太阳能转换成化学能（氢能）,有望解决能源危机和环境污染问题。在常见的光阳极材料中α-Fe₂O₃来源丰富、无毒、最大光吸收波长约590 nm（禁带宽度约为2.1 e V）,PEC分解水的理论光电流密度可达到12.6m A·cm-2,太阳能-氢能（STH）转换效率15.3%,是最具有应用价值的光阳极材料。但是,α-Fe₂O₃导电性差,光生载流子寿命短和空穴扩散长度较短,导致表面产氧过电势高、动力学缓慢。为了解决上述问题,采用表面修饰和助催化剂的方法修饰α-Fe₂O₃光阳极,从而促进水氧化动力学过程,降低产氧过电势,使光阳极的光生电子与空穴的复合率降低。因此,本论文采用掺杂型羟基磷灰石表面修饰α-Fe₂O₃光阳极,研究其PEC分解水性能。主要内容如下:（1）Co掺杂羟基磷灰石（Co-HAP）助催化剂表面修饰α-Fe₂O₃光阳极的PEC水氧化性能研究:采用原位沉积、原位生长和离子交换法成功合成了Co-HAP/α-Fe₂O₃光阳极材料。PEC性能测试表明,在中性电解液,1.23 V vs.RHE偏压下,Co-HAP/α-Fe₂O₃的光电流密度达到2.25 m A·cm-2,是单纯α-Fe₂O₃的9.78倍,表现出很好的PEC水氧化活性。此外,Co-HAP/α-Fe₂O₃光阳极水氧化起始电位相比于α-Fe₂O₃负移了约200 m V。表明Co-HAP修饰α-Fe₂O₃使水氧化反应的过电势降低,加快了水氧化反应动力学。通过电荷分离效率得到Co-HAP不仅能显著提高α-Fe₂O₃表面的电荷传输效率,而且能提高α-Fe₂O₃体相电荷分离效率。主要原因是Co-HAP助催化剂的修饰会引起α-Fe₂O₃的界面产生负静电场和增加电导率,有利于提高体相电荷分离效率和抑制表面电荷复合效率。此外,Co-HAP具有二维纳米片结构,具有更大的表面积和暴露更多的Co活性位点,能够有效地促进α-Fe₂O₃的PEC分解水过程。（2）F、Co共掺杂HAP（FCo-HAP）表面修饰α-Fe₂O₃光阳极的PEC水氧化性能研究:通过水热法和离子交换法制备了F、Co共掺杂HAP助催化剂表面修饰α-Fe₂O₃光阳极（FCo-HAP/α-Fe₂O₃）。通过X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外可见吸收光谱（UV-vis）和线性扫描伏安法（LSV）等表征了FCo-HAP/α-Fe₂O₃光学性质、结构和PEC水氧化性能,并与F-HAP/α-Fe₂O₃和Co-HAP/α-Fe₂O₃等进行了对比。在中性电解液,1.23 V vs.RHE偏压下的PEC水氧化测试结果表明,FCo HAP/α-Fe₂O₃光阳极的光电流密度达到2.65 m A·cm-2,且起始电位相比于α-Fe₂O₃负移了约210 m V。FCo HAP/α-Fe₂O₃ PEC水氧化活性分别是单纯的α-Fe₂O₃、HAP/α-Fe₂O₃、F-HAP/α-Fe₂O₃和Co-HAP/α-Fe₂O₃的9.46、2.88、2.05和1.27倍。通过电化学活性面积（ECSA）测试表明,FCo HAP/α-Fe₂O₃光阳极相比于Co-HAP/α-Fe₂O₃的活性面积增大,活性位点增多。这是由于F-的电负性大于OH-,F-可以调变α-Fe₂O₃表面引起内建电场和催化反应的化学环境,从而促进了电荷的转移和分离。（3）Sr、Co共掺杂HAP（Sr Co-HAP）助催化剂表面修饰α-Fe₂O₃光阳极的PEC水氧化性能研究:通过水热法和离子交换法制备了Sr Co-HAP/α-Fe₂O₃光阳极。通过XRD、SEM、UV-vis和LSV等表征了Sr Co-HAP/α-Fe₂O₃的光学性质、结构和PEC水氧化性能。并与Sr-HAP/α-Fe₂O₃和Co-HAP/α-Fe₂O₃等进行了对比。PEC测试表明,在1.23 V vs.RHE偏压下,Sr Co HAP/α-Fe₂O₃光阳极的光电流密度达到2.87 m A·cm-2,分别是α-Fe₂O₃、HAP/α-Fe₂O₃、Sr-HAP/α-Fe₂O₃和Co-HAP/α-Fe₂O₃光电流密度的11.04、4.28、2.26和1.38倍。此外,Sr Co HAP/α-Fe₂O₃的PEC水氧化起始电位相比于α-Fe₂O₃负移了约220 m V。主要由于Sr2+取代HAP中的Ca2+,可以调节HAP的酸碱位点和酸碱强度,进而提高HAP表面吸附位点的强度和数量;Sr Co HAP中的Co提供活性位点,从而促进水的氧化。