近年来,随着人类社会与全球经济的高速发展,化石燃料的消耗日益加剧并即将消耗殆尽,随之而来的全球变暖和环境污染等问题已严重威胁人类的生存环境,能源危机和环境污染问题已成为人类社会亟待解决的最关键问题之一。寻找可发展新型清洁可再生能源迫在眉睫。在众多的洁净可再生能源中,氢能因其具有能量密度高、绿色清洁、易与传统化石能源对接等众多优点,被认为是未来替代化石能源的最具潜力的能源形式之一。而在众多制氢的方法中,基于太阳能利用的光电化学分解水产氢技术,由于其能够有效利用太阳能,并将其高效的转化为氢能,是未来产生氢能最具潜力的解决方案之一。然而,目前利用太阳能产生氢能的能量转换效率依然较低,如何进一步提升光电化学分解水活性和能量转化效率成为该领域的研究热点。在光电化学分解水过程中,光阳极和光阴极分别发生水的氧化和还原反应,产生氧气和氢气。相对于水还原反应,水氧化反应其热力学和动力学过程更难,使其成为制约光电化学分解水活性的主要瓶颈。因此,探索和寻找高效光电化学阳极是进一步提升光电化学分解水活性的关键。钒酸铋具有合适的能带结构（2.4 eV）,理论上能够获得高达7.5 mA/cm2的最高光电流密度和9.23%的太阳能到氢能的能量转化效率,在众多光阳极材料中被认为是最具发展潜力的材料之一。而目前钒酸铋光阳极的光电化学活性距离其理论值依然具有较大差距。因此,进一步提升钒酸铋光阳极的光电化学活性和光电转化效率至关重要。对于钒酸铋光阳极,其电极内部的载流子分离效率对其整体光电化学活性具有重要影响,是影响其光电转化效率的重要因素之一。多年来人们开展了大量研究,并有效提升其电极内部载流子的分离效率。其中,通过将不同半导体材料复合形成异质结是一种提升电极内部载流子分离效率的简单有效的途径。然而,不同半导体材料由于晶体结构之间的差异,使异质结界面易形成大量缺陷,成为电极内部载流子分离的复合中心,从而制约其内部分离效率的提升。针对这一问题,本论文中基于钒酸铋不同晶相之间电子结构的差异,通过构建四方相和单斜相钒酸铋异相结来提高钒酸铋光电极的内部分离效率,并基于不同晶相钒酸铋电子结构的差异和晶体结构的相似性,减少异相结界面缺陷,抑制电极内部光生载流子的复合,开展了四方相和单斜相钒酸铋异相结光阳极的制备及其光电化学性能的研究。此外,我们发现Mo掺杂能有效促进四方相向单斜相的相转变,水热生长出的四方相钒酸铋呈现四棱柱状,而四方相经过Mo掺杂并高温退火后形成的单斜相呈现出较为特殊的纳米棒状阵列,这种形貌相较于普通薄膜具有空穴传输距离较短、反应表面积较大且内部缺陷较少的优点,我们研究了这种形貌下光电流密度与Mo掺杂浓度的关系。具体研究内容如下所示:第一章中,首先介绍了光电化学分解水技术的意义、基本过程和原理、影响光电化学分解水活性的关键参数等基本内容。在此基础上,通过分析目前常见的光阳极材料,提出选择钒酸铋作为光阳极材料的依据,并对目前人们针对提升钒酸铋光阳极光电化学活性的现有策略进行了简要综述。最后提出本篇论文的选题意义和主要研究内容。第二章中,分别采用水热—旋涂两步法和水热后退火相变两种方法制备了四方相/单斜相钒酸铋异相结光电极,并对其光电化学分解水性能进行了研究。通过对两种方法制备的四方相/单斜相钒酸铋光电极的光电化学性能进行研究,发现相对于四方相和单斜相钒酸铋光阳极,钒酸铋异相结光阳极具有更高的光电流密度。其主要原因是单斜相和四方相钒酸铋电子结构的差异可构建Ⅱ型结构的异相结,从而促进光生载流子的有效分离,且异相结界面具有更少的界面缺陷,减少载流子的复合。为构建钒酸铋异相结光阳级的设计制备提供了一种新的思路。第三章中,通过理论计算,发现Mo的掺杂可降低四方相钒酸铋到单斜相钒酸铋的相变势垒。采用旋涂退火法,通过控制Mo掺杂浓度,制备了具有不同浓度Mo掺杂且具有纳米棒状形貌的钒酸铋光阳极。实验结果表明,Mo的掺杂可有效提升钒酸铋光电极的载流子浓度,基于这种特殊的纳米棒状结构,可进一步提升钒酸铋光电极的光电化学分解水产氢性能,从而为制备Mo掺杂钒酸铋光电极提供了一种新的制备方法。第四章中,对本论文的主要研究内容进行了总结,阐明了本论文的创新点,并分析了现有工作的不足之处及下一步的研究计划。