化石燃料的日益枯竭使人们越来越关注可持续能源的发展,而光电化学水分解是在光照的条件下,通过电解水制备氢气和氧气,从而实现太阳能的储存,制备廉价和清洁的可再生氢燃料。由于光电化学水分解的效率较低,存在稳定性的挑战,使得该技术距离其实际应用还有一段距离,光电化学水分解的半导体材料成为研究的热点。近几年,铋基金属氧化物如Bi₂O₃、BiVO₄、CaBiVMO₈等在光催化领域受到了越来越多的关注,其中n型半导体BiVO₄,因其具有相对于标准氢电极2.4 V的价带边,能够很好地催化水氧化生成氧气,同时其还具有2.4 eV的窄带隙,能够吸收516 nm以下的太阳光,所以被认为是光电化学水分解最有前途的光阳极材料之一。除此之外,BiVO₄还具有储量丰富、成本低廉、在中性溶液中稳定性好等优点。本论文全面介绍了光电化学水分解的基本原理和实验方法,总结了半导体材料改性的基本途径以及BiVO₄光阳极的研究进展。在此基础上以制备高效的BiVO₄光阳极为目标,通过对其修饰来提高光电化学水分解的性能,并进一步分析其内在机理,为光电化学水分解效率的提升提供有益的借鉴。本论文主要研究内容与结果如下:1.BiVO₄光阳极W掺杂效应研究首先采用浸渍法制备BiVO₄电极,在室温下干燥后经高温退火得到一层橙色的BiVO₄薄膜,从而研究W掺杂效应和膜厚效应。借助W对BiVO₄光阳极的掺杂以期实现电极性能的提升并对其性能进行表征,结果表明掺杂后W取代了BiVO₄中V的位点,当掺杂浓度为7.5%时的W:BiVO₄电极性能最优。然后制备了不同薄膜厚度的W:BiVO₄电极,得到其性能最优的薄膜厚度。通过紫外-可见光谱分析发现W掺杂后的能带带隙减小,光响应范围增大,表明W:BiVO₄比BiVO₄更有利于光的吸收。通过光电化学性能表征发现,当施加1.8V（vs.RHE）的外加电压时,W:BiVO₄的光电流密度可以达到大约1 mA/cm²,而BiVO₄的光电流密度只有大约0.41 mA/cm²,光电流密度提高了60%。对电化学阻抗谱图分析发现W:BiVO₄相对于未掺杂的BiVO₄光阳极的电阻明显减小,充分证明W掺杂能够有效促进光电极内部电子的迁移率,抑制光生电子-空穴对的复合,极大提高BiVO₄光电化学水分解的能力。2.多金属氧化物修饰W:BiVO₄电极构建及光电化学水分解行为为了进一步提升W:BiVO₄电极的光电解水效率。通过溶胶-凝胶法制备了多金属氧化物FeCoW催化剂修饰的W:BiVO₄光阳极,对其表面形貌、晶体结构、伏安特性曲线等进行具体的表征后进一步探究其光电化学水分解的机理。通过对W:BiVO₄-FeCoW光电极的形貌和结构表征发现FeCoW和W:BiVO₄之间形成了良好的异质结结构。通过对其电化学性能的分析发现,在1.23 V（vs.RHE）时的外加电压下,W:BiVO₄-FeCoW的光电流值大约是W:BiVO₄光阳极的2.8倍,并且与W:BiVO₄光阳极相比,其平带电位负移了421 mV。其性能的大大提高主要是由于修饰后的W:BiVO₄-FeCoW的异质结结构有效减小了光生电子-空穴的复合,大大增强了半导体内部电子的传输,显著地扩大了对可见光的响应范围,从而增强了半导体光电化学水分解的能力。综上所述,通过对W:BiVO₄光阳极W掺杂和膜厚效应的研究以及与多金属氧化物FeCoW修饰的W:BiVO₄光阳极的研究,发现W掺杂和异质结的方法极大地改善BiVO₄光阳极在光电化学水分解中的动力学限制,减小了光阳极中光生电子-空穴的复合几率,扩大了电极的光响应范围,显著地提高了BiVO₄光阳极材料光电化学水分解的性能。