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随着能源与环境问题日益突出,光解水制氢技术受到了广泛关注。由于具有成本低廉、化学稳定性好、无毒等优点,TiO被认为是一种非常有前景的光电极材料,然而光吸收率和电子迁移率低等问题依然严重限制着TiO2的进一步应用。本文在实现Si纳米线阵列可控制备的基础上,结合TiO2纳米棒性能调控方式,系统研究了Si/TiO2纳米异质复合结构的制备与性能调控,以及他们在光解水制氢中的应用,主要工作包括：一、研究金属辅助化学刻蚀工艺,揭示了刻蚀反应机理,实现了硅纳米线阵列的可控制备。以硅片表面自组装形成的单层纳米球阵列作为刻蚀掩膜,以等离子体刻蚀控制纳米球直径,进而通过金属辅助化学刻蚀,实现了硅纳米线阵列的可控制备,所得硅纳米线具有垂直度高、侧壁光滑等特点,深宽比超过80：1,并利用两步刻蚀实现了双层硅纳米线制备。进一步引入纳米压印,以压印胶图形作为刻蚀掩膜,利用Bosch工艺实现深硅刻蚀,制备得到了大面积(2.5cm×2.5cm)的硅纳米线阵列。二、研究了TiO2纳米棒的制备与掺锡、氢化及Ir02纳米颗粒修饰：(1)针对TiO2电子迁移率低的问题,在反应溶液中加入SnCl4实现了TiO2纳米棒的Sn掺杂处理,并研究揭示了Sn掺杂对TiO2纳米棒晶体结构及性能的影响。Sn掺杂显著提高了TiO2纳米棒载流子浓度,当掺杂浓度约1%时光电流提高50%；(2)研究采用氢气退火处理实现了TiO2纳米棒光学及电学特性的改善,揭示了其作用机理。氢气退火处理会在纳米棒表层引入大量氧空位,极大提高了纳米棒光吸收率和导电性,实现了纳米棒光催化活性的显著增强；(3)提出了一种IrO2纳米颗粒修饰的CdSe/CdS量子点共敏化TiO2纳米棒光阳极结构。研究表明IrO2纳米颗粒能显著降低起始和饱和电压,提高光电流,实现光催化活性大幅提升,并快速转移量子点中的光生空穴,抑制光腐蚀现象,极大提高了光电极的稳定性。三、面向光解水制氢的Si/TiO2纳米结构集成与应用研究：(1)利用水热法制备了Si/TiO2纳米异质集成结构,并进行氢气退火处理,得到氢化Si/TiO2纳米异质结构光阳极,测试表明该电极具有非常好的光催化活性,在长达5小时连续测量中表现出良好的稳定性；(2)提出并制备了一种Ni薄膜修饰的Si/TiO2纳米异质结构光阳极,实验表明Ni修饰能极大提高电极的饱和光电流；(3)提出并制备了一种面向光解水制氢的TiO2光阳极与钙钛矿太阳能电池集成器件,独立实现了光解水制氢,无需外加任何偏压；(4)探索了TiO2光解水制氢与NiO赝电容的功能集成,实现了光能转换与储存的同步进行,大幅提高了光能利用效率。