氢能是一种具有高燃烧值、绿色环保的清洁能源,被认为是解决能源和环境问题的最理想的替代能源之一。基于半导体纳米材料的光电化学分解水制氢技术具有独特的优势,成为人类获取氢能的最理想途径之一。其中,氧化铁是一种极具前景的光催化材料,近些年来被广泛研究。然而,氧化铁的导带位置太低不能直接还原水产氢,往往需要通过施加外部偏压来实现同时释放氧气和氢气,这大大限制了其在实际生活中的应用。摩擦纳米发电机可以很好地收集生活中各种类型的机械能并输出电能,通过一些简单的电路变换可以轻易地获得氧化铁光电分解水所需的偏压条件。考虑到这些,本论文将摩擦纳米发电机与氧化铁光电分解水系统结合起来,旨在不需要连接外部电源实现光电分解水制氢,具体研究工作如下:(1)构建了摩擦纳米发电机驱动钛修饰氧化铁光阳极光电分解水制氢的系统,并成功地实现了全解水产氢产氧。摩擦纳米发电机提供的外部偏压使得氧化铁克服了由于导带位置不合适而不能完全光电分解水制氢的缺点。实验结果表明,在65 rpm的相对较低转速下,与不加光时几乎为零的电流相比,光照条件下峰值电流显著增加到0.12 mA。随着转速增加到120 rpm及以上,不加光时的峰值电流几乎等于光照条件下的峰值电流,表明直接电解水起主导作用。当转速达到140 rpm时,光照下析氢速率可达～6.67 μL min-1。该系统成功地将太阳能和机械能同时收集起来并转化为氢能形式的化学能储存起来,为能量转化和收集提供了一个良好的策略。(2)制备了基于Co3O4负极材料的锂离子电池,并将其引入到摩擦纳米发电机驱动氧化铁光电分解水制氢系统中构建复合系统。光照充足时,摩擦纳米发电机提供外部偏压克服了氧化铁导带位置不合适的缺点并驱使其进行光电分解水制氢。在相对较低转速下,可以观察到光照条件下的峰值电流与无光时的峰值电流相比明显增加,而在较高转速下两者相比没有明显变化。当光照不足时,摩擦纳米发电机给锂离子电池充电,在100 rpm的转速下,80分钟左右电池两极之间电压达～1.8 V。随着转速的增加,充电所需的时间也在缩短。该复合系统不仅成功地将太阳能和机械能同时收集起来并转化为氢能形式的化学能储存起来,还实现了光照不足时将机械能储存到锂离子电池中,更好地提高了能量转化效率。(3)通过两步水热法合成了钼修饰氧化铁,接着利用氢气进行热处理合成了复合光电极。与空白氧化铁相比,钼元素的修饰对载流子浓度有些许提高,而氢气处理则对载流子浓度有显著的提高。电化学阻抗谱也表明所制备的复合光电极样品具有明显更小的界面电荷转移和表面态捕获空穴的电阻,意味着光生电荷在其表界面具有更快的传输速率。与此同时,氢气处理还降低了氧化铁光电极的起始电压并具有更高的体相和表面分离效率。最后沉积一层羟基氧化铁镍助催化剂,使得所制备的光电极在1.23 V vs.RHE时光电流密度达到了 3.08 mA cm-2,是空白氧化铁的3.3倍。此外,我们还利用次磷酸钠溶液浸渍空白氧化铁并加热处理,也很好地提高了氧化铁的光电性能。总之,通过各种方法改性后的氧化铁复合光电极具有较好的光电催化性能,后续可与改良的大功率输出的摩擦纳米发电机构建复合系统进行光电分解水制氢。