随着传统能源的短缺以及燃烧带来的环境污染。而太阳能和氢能具有储量大、清洁无污染、可再生等优点。寻求利用太阳能光催化制氢来解决环境和能源问题日益受到人们关注。近年来,关于光解水的催化剂的研究越来越多,但由于催化剂的性能限制,其实际应用还较窄,研究具有低能带隙,高比表面积,高催化活性的Ti02光催化剂具有重要意义。本文以石墨烯和硝酸镁为电解液,将元素掺杂和复合改性过程与阳极氧化过程中Ti02的自生长过程融为一体,通过室温下短时间阳极氧化,制备了一种钛基底原位生长的可响应太阳光的石墨烯复合、N元素掺杂的Ti02纳米薄膜电极。该电极在200-2500 nm范围具有较强的光吸收,在紫外光和太阳光下都具表现出较高的光电催化性能。初步研究了电解液成分、氧化电压、氧化时间、煅烧条件等参数对其形貌结构、产氢性能以及电化学性能的影响。本研究取得了以下主要研究成果:(1)太阳光响应型Ti02薄膜电极的制备和表征通过系统的研究阳极氧化电压、氧化时间、电解液成分、石墨烯浓度等因素,确定了制备的最优条件:电解液成分0.10 mg mL-1的石墨烯和0.10 mg mL-1的Mg(N03)2·6H20溶液,氧化时间为5 min,氧化电压为40 V,煅烧条件为450 ℃,2 h。FE-SEM观察显示此薄膜电极表面为三维立体花状结构、下层为错落有致的多孔氧化膜相结合组成的特殊薄膜结构,而且电解液成分、石墨烯浓度、氧化电压及氧化时间对薄膜电极表面形貌结构影响显著。XRD结果表明,阳极氧化制备的氧化膜,在450℃煅烧条件下为锐钛矿晶型,且具有较好的结晶度。XPS结果表明,此薄膜电极主要包含Ti、O、N、C四种元素,而且N元素以取代和间隙的方式掺杂到TiO2晶格。UV-vis-NIR测试出薄膜从紫外到近红外光区(200-2500 nm)都有较好的光吸收特性,表明此TiO2薄膜电极能够很好的响应太阳光,尤其在800 nm左右具有极强的吸收,通过公式计算得到禁带宽度最低可缩小到0.52 eV。(2)太阳光响应型TiO2膜电极的光电化学性能增加TiO2膜的厚度、比表面积、孔隙度,有利于增加其光电流密度。此TiO2膜电极在紫外光、模拟太阳光和聚集太阳光下都具有较高的光电流密度,分别为2.5 mA cm-2、0.35 mAcm-2、1.1 mAcm-2。线性扫描图表明,此TiO2膜电极平带电位可达-0.85 V左右,可产生较多的载流子,在光照条件下能够迅速对光响应产生电子-空穴对,且关闭光源后衰减很慢表明电子-空穴对复合慢,体现了优异的光电化学性能。(3)太阳光响应型TiO2膜电极的光电催化产氢性能研究用Pt作为负极,NaOH作为电解质,可实现较好的产氢效果。增加TiO2膜的厚度、比表面积、孔隙度,能够更好的实现产氢。此TiO2膜电极能够在模拟太阳光,以及实际聚集太阳光的条件下,实现对太阳光的利用,进一步说明此TiO2薄膜电极能够很好的响应太阳光。在聚集太阳光的照射下,可实现65μmol h-1 cm-2的产氢速率,表明太阳光响应型Ti02膜电极具有较好的产氢活性,具有实际运用于将太阳能直接转换为氢能的潜力。