光电催化过程能够原位生成如羟基自由基、超氧自由基以及空穴等活性物质,直接氧化有机污染物为水和二氧化碳,具有效率高和环境相容性好的特点,已成为极具吸引力的水处理方法之一。半导体光电极材料的设计与合成是光电催化技术能否在水污染处理方面进一步应用的关键。因此,高性能光电催化材料的开发是该技术实现应用的重中之重。在众多过渡金属氧化物中,钴基氧化物不但化学性能稳定且具备优异的电化学性能,是高性能半导体光电电极的理想候选材料。基于此,本研究以氧化钴为主体催化剂,通过离子掺杂、晶面结构与形貌调控等方式,来改善钴基半导体材料物理化学特性及能带结构,进而提高其受激状态下载流子的运输能力、光吸收/捕获的能力以及电极/电解液界面的反应速率,最终实现其光电催化效率的提高。主要研究内容如下:（1）通过一步水热法成功制备了晶粒细化的Bi掺杂Ti/Co3O4电极,并将其应用于光电催化降解模拟染料废水。结果表明,优化的Ti/Bi-Co3O4-1%电极显示出最佳的光电催化性能:于120 min的时间内对活性艳蓝KN-R的降解率可达94.51%,5次循环运行仍有85.63%的降解率（证实其具有良好的稳定性）。其优异的光电催化性能可归结为Bi离子的掺杂使得Co3O4晶体纳米颗粒细化,有效增加了反应的活性表面积,促进了电极表面羟基自由基的产生,从而获得优异的光电催化氧化性能。（2）以L-半胱氨酸为封端剂和硫源,通过一步水热法制得具有高暴露（112）晶面的分层硫阳离子掺杂的花状Co3O4结构。提出形成独特花状Co3O4结构的可能机制:即L-半胱氨酸作为封端剂分子优先吸附在Co3O4的（112）晶面上,导致其（112）方向上的生长速率受到抑制,使得[（?） 20]和[（?）（?） 2]晶面方向优先生长。因此,随着L-半胱氨酸浓度的增加,Co3O4结构可以从海胆样团簇转变为刺球、嵌入纳米薄片的刺球和纳米花团簇。掺杂的S离子以S6+的状态存于Co3O4晶格,可以提高界面电荷转移速率和感生载流子的分离效率。莫特-肖特基行为、XPS价带谱和紫外光电子光谱（UPS）分析表明硫的掺杂使得Co3O4的带隙窄化。活性艳蓝KN-R光电催化降解实验显示优化SC-1.8电极120 min内对活性艳兰的降解率可达96.6%。另外,加速寿命和循环降解实验也表明硫掺杂氧化钴电极具有良好的稳定性。密度泛函（DTF）理论计算表明·O2-与（112）晶面Co位点的相互作用强于其他晶面,且掺杂的硫阳离子作为活性位点能够增强电子/空穴对的分离,在表面诱导活性种·OH,提高·O2-的寿命,进而促进其光电催化活性。（3）以三聚氰胺为N源,利用经典的一步水热法制备了N掺杂的Ti/Co3O4电极。电化学分析证实掺杂后的Ti/Co3O4电极具有更大的电化学活性表面积、更快的电荷转移速率、更高的析氧电位、更好的导电性以及更小的阻抗。活性艳兰KN-R光电催化降解实验表明,优化的Ti/Co3O4-M0.8光电极在120 min内对活性艳蓝的降解率可达84.75%。该电极在循环降解实验中也表现出良好的稳定性。（4）在上述实验的基础上,通过一步水热法制得钴前驱体,经管式炉不同温度煅烧,制得系列CoO光电极。该体系光电极理化特性、结构及光电催化性能评估表明:在450℃时煅烧得到的Ti/CoO-450电极具有最高的活性艳蓝KN-R降解率（120 min活性艳兰降解率可达97.94%）;且经过五次循环该光电极对活性艳兰KN-R降解率仍可达到大约84.74%。CoO电极的高效光电催化性能可能源于其表面疏松粗糙的形貌为电催化反应提供了更多的活性位点,使其具有较高的羟基自由基生成效能。（5）以硫脲为硫源,利用典型一步水热法制备了一系列硫掺杂的CoO电极。相较于未掺杂CoO电极,硫掺杂的Ti/CoO电极具有更大的电化学活性表面积、更快的电荷转移速率、更高的析氧电位、更好的导电性以及更小的阻抗。活性艳兰KN-R光电催化降解实验结果显示:优化的Ti/CoO-T1.0电极具有最高的催化活性,即在120min内对活性艳蓝的降解率可达98%,且显示出良好的稳定性。基于上述研究可知,钴氧化物能够作为高性能半导体光电极涂层材料,且通过Bi掺杂、L-半胱氨酸改性（调整晶面取向和结构）、非金属（氮,硫）掺杂能够进一步改善钴基涂层电极在受激状态下载流子的运输能力、光吸收/捕获的能力以及电极/电解液界面的反应速率,以达到提高其光电催化效率目的。本研究为光电催化领域光阳极材料的设计改性提供了很好的思路,为促进光电催化技术进一步的应用提供了新的可能。