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随着人们对太阳能-氢能这一转化过程关注的日益增加,光电化学（PEC）分解水制氢技术逐步在解决能源危机以及能源消耗方面取得了巨大进展。研究并拓展高效稳定光电极,使其具有可见光响应能力进而提高对太阳能利用率,这是优化PEC分解水制氢体系的先决条件。作为一类优异的光电极候选材料,二氧化钛（TiO2）具有诸多优点,例如高光催化活性,持久稳定性,低成本和易合成等。同时,TiO2也存在一些显著缺点,主要因为其仅能对紫外光响应（仅占太阳光的5%）并且光生电子-空穴对极易复合,所以单一TiO2光电极的这些缺点已成为限制其工业应用的关键问题。目前已有多种方法被开发并用于提高TiO2光电极的整体PEC效率,其中如何抑制PEC水分解制氢过程中的光生电子-空穴对复合是解决如上问题的主要思路。目前具体改进措施包括贵金属负载,缺陷引入,高分子材料复合和元素掺杂等。基于以上研究背景,本论文提出了如下三种TiO2光电极优化方案并实现了高性能PEC新体系的构建:（1）首先我们通过多种合成方法制备了Au@CdS/RGO/TiO2光电极,并通过SEM、TEM、Raman和XPS等表征证明了该独特异质结光电极已被成功制备。本工作首次将Au@CdS核-壳纳米粒子引入TiO2光电极,以此赋予了TiO2以可见光响应能力和等离体性能。此外,处于TiO2和Au@CdS核-壳纳米颗粒中间的氧化还原石墨烯（RGO）薄膜在提高光生电荷传输速率方面发挥了重要作用。（2）通过原位光电还原法,我们在BiOCl纳米片表面成功修饰了等离子体Bi纳米颗粒（Bi/BiOCl）,且将Bi/BiOCl作为光电阴极应用于TiO2–Bi/BiOCl PEC太阳能水分解体系。同时,我们探讨了PEC性能与Bi/BiOCl复合比例之间的关系,并通过密度泛函理论证明了电荷是由Bi簇转移至BiOCl（001）面。根据IV曲线和电荷注入效率数据,我们进一步优化了Bi/BiOCl光电阴极。该体系中优异的PEC分解水效果主要归因于Bi纳米颗粒的电荷转移增强和表面等离子体共振（SPR）效应双重作用。（3）为了提高太阳光的利用和光电极的稳定性,我们使用有机聚合物多巴胺进一步敏化TiO2光电极。在该体系中,我们将Bi-AgIn5S8负载于TiO2光电极表面以实现其可见响应能力。在此基础上,进一步通过水热法制备了TiO2/Bi-AgIn5S8/PDA异质结光电极。最后讨论了TiO2/Bi-AgIn5S8/PDA异质结光电极的PEC分解水的机理,并分析了影响其PEC转换效率的因素。