氢能被广泛认为是未来最理想的洁净能源.太阳能分解水制氢被认为是一种最具有前景的制氢方法.光电化学电池具有无副产物、对环境安全、结构简单、反应产物不需要再分离等优势,被认为是最有前途的太阳能制氢技术之一.TiO<,2>被公认为是最适合的光阳极材料,但其3.2eV的禁带宽度使太阳能利用效率低,阻碍了光电化学电池技术的应用.通过向TiO<,2>中掺杂离子形成固溶体结构,可以改善TiO<,2>光吸收性能,提高太阳能利用效率,推进光电化学电池的实用化.该文在阐述了光电化学电池工作原理及存在的问题的基础上,建立了一套完整的光电化学电池系统,并结合XRD、TEM、吸收光谱等测试手段,对光阳极材料性能进行了研究.该文首先对纯TiO<,2>的性能进行了研究,结果表明:在短波区,锐钛矿TiO<,2>具有很强的光响应,但在长波区光响应很弱;光电极TiO<,2>膜层膜厚均匀;光电极TiO2膜层的厚度对于光电压有很大的影响.针对TiO<,2>太阳能利用效率低的问题,该文利用溶胶--凝胶法合成了Ti<,1-x>Fe<,x>O<,2>和Ti<,1-x>V<,x>O<,2>固溶体并对其性能进行了研究,通过与纯TiO<,2>电极性能进行比较,结果发现:在热处理温度为500℃时,向TiO<,2>中掺杂Fe或V,当Fe的含量小于等于3％,V的含量小于等于7%时,能够形成均匀的固溶体结构,导致材料在长波区的光吸收性能增强,且含量越高增强程度越大,而光电极工作电压会随着掺杂离子含量的增加而降低;当Fe含量大于3%,V含量大于7%时,无法全部形成固溶体结构,多余的离子会析出产生新相,这时材料可能存在p-n共存的现象.采用900℃对掺杂TiO<,2>进行热处理会导致TiO<,2>基质晶型转变光电压急剧下降,热处理温度或TiO<,2>基质晶型对于可掺杂浓度具有一定的影响.