随着人类社会对能源的需求量不断增加,以化石能源为主体的能源体系所带来的环境问题日益凸显,使得人类对清洁可再生能源的渴求日渐增长。光催化分解水技术,因其能直接将太阳能转换为化学能,以氢气这种高能量密度气体的形式将能量进行储存,得到了广泛的关注。光电化学分解水,作为光催化分解水技术中的一条重要分支,能够方便地实现氢气与氧气的分离,被认为是实现光催化大规模商业应用的最有前景的方案之一。然而,要实现光电化学分解水的实际应用还有一段路要走,因为它的效率与稳定性需要继续提升,成本需要继续降低。提升其效率的途径主要是扩展光吸收范围、增加反应活性和降低载流子复合。对于扩展光吸收,可以选择带隙较窄的光催化材料。在表面制备一层薄的稳定材料可以显著提高光电极的稳定性,若沉积的是致密的助催化剂,那就可以同时实现保护吸光材料和提高反应活性的功效。在光电化学体系中,半导体材料较高的电阻不利于载流子在电路中传输,会极大地限制材料的性能。因此本文以改善光电极载流子传输为切入点,探究铁电极化和异质结对载流子分离能力的影响,并对这两者的作用效果的进行分析。本文以LiNbO3单晶薄膜和BiVO4/Bi2O3异质结为研究对象,依据材料各自的特性分别作为铁电极化与异质结的研究实例。主要研究内容如下:铁电极化对LiNbO3光阳极载流子分离影响的研究。本文选择具有自发极化的(0 0 1)面为暴露面的LiNbO3单晶薄膜作为研究对象,对正极化面暴露(c+)和负极化面暴露(c-)两种情况的LiNbO3性能进行测试,结果发现作为光阳极时,c-LiNbO3的氧化水能力要明显高于c+LiNbO3,在外加偏压为1.23 V相对于可逆氢电极时,它们的光电流密度分别为153.6和47.3 μA cm-2。随后的开尔文探针测试结果显示,c-LiNbO3产生的光电压高于c+LiNbO3,这意味着c-LiNbO3的载流子分离能力确实高于c+LiNbO3。并且开路电压测试也到了与之类似的结果。莫特-肖特基测试则着重于对空间电荷层的分析,发现c-LiNbO3能在电解液中形成更宽的空间电荷层,而空间电荷层能够有效分离光生载流子。最后的电化学阻抗测试结果表明,c-LiNbO3的体相传输电阻远小于c+LiNbO3,表明载流子在c-LiNbO3中传输更加容易。水热腐蚀制备BiVO4/Bi2O3异质结对BiVO4光阳极载流子分离影响的研究。本文通过水热碱处理在BiVO4电极表面制得BiVO4/Bi2O3异质结,X射线光电子能谱测试证实了处理后V元素存在明显流失,样品的I-V测试则表明处理后的样品出现了更明显的整流效应。随后的光电化学氧化空穴牺牲剂Na2SO3的性能测试结果发现经过2 h水热碱处理的BiVO4样品的载流子分离能力明显高于未经过处理的BiVO4样品,在1.23 V相对于可逆氢电极时,光电流密度分别为1.51和1.23 mA cm-2,开启电势也得到了负移。开路电压测试、莫特-肖特基测试以及电化学阻抗测试进一步表明处理后的样品在载流子分离以及载流子传输上均有着明显的优势。同时水热碱处理方法对WO3/BiVO4样品也是积极有效的,处理后成功地降低了 90 mV的开启电势。