当今世界化石燃料的耗竭及其对环境造成的不良影响已成为一个亟需解决的问题。氢能作为一种清洁能源受到了广泛关注并可作为理想的可替代能源来解决能源和环境问题。同时,太阳能作为地球上最清洁、最富裕的可再生能源在人类发展中起到了不可替代的作用。光电化学分解水能够收集太阳能并将其转化为氢能,是一种简单、高效、廉价、清洁的制氢方法,有着良好的应用前景。实现光电化学分解水需要开发高效的光电催化材料,而金属氧化物半导体材料由于具有众多的优点,被认为是光电催化的优良材料。在诸多的金属氧化物中,氧化铁（α-Fe2O3）是一种理想的光电催化材料。α-Fe2O3具备合适的带隙（1.9～2.2 eV）,能够吸收40%左右的入射太阳光,具有很高的将H2O转化为H2和O2的潜力。此外,与其他的半导体材料相比,α-Fe2O3还具有许多独特的优点,如地球上储量丰富,成本低廉且易得,化学性质稳定,没有毒性且对环境友好等。但是,目前α-Fe2O3的实际效率值和理论值之间仍然差距较大,原因是其自身具有导电性较差、空穴扩散长度较短及析氧反应动力学缓慢等缺陷。为解决氧化铁面临的问题,本论文通过多种高价态金属元素（Zr、Ta、Ge）来对其进行修饰和改性,并结合F修饰、氧空位等处理来共同提高其光电催化性能,取得了一系列良好的成果。具体研究内容如下:（1）第二章的研究工作中,我们通过传统的水热法和进一步的水浴处理成功制备出了Zr和F共修饰的氧化铁用于高效光解水。透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）和X射线同步辐射吸收光谱（XAS）结果清楚地揭示了 Zr修饰在氧化铁体相中形成了 Fe2ZrO5。此外,我们利用水浴方法对氧化铁进行表面氟化处理后在表面形成了一层FeFx纳米薄层。氧化铁体相中形成的Fe2ZrO5可以提供更多的载流子,表面的FeFx超薄纳米层可以提供更快的表面电荷转移和更多的活性位点。获得的新型光阳极在1.23 V vs.RHE下可实现2.43 mA/cm~2的良好光电流密度值,约为原始氧化铁的3倍。该材料同时还显示出较低的起始电位,为0.77V vs.RHE（比原始氧化铁低100 mV）。最后,光阳极与FeNiOOH助催化剂耦合,可以在1.23 V vs.RHE下达到2.81 mA/cm~2的较高光电流密度值。（2）第三章的研究工作中,我们用TaCl5作为Ta源,通过传统的水热合成方法和高温退火制备出了Ta改性的氧化铁光阳极。通过X射线光电子能谱（XPS）及透射电子显微镜（TEM）等表征手段,可以证明Ta元素存在于氧化铁中,Ta改性的氧化铁光阳极在1.23 V vs.RHE下的光电流密度是原始氧化铁的2倍多,达到了 1.81 mA/cm~2。此外,Ta的掺入还增加了样品的载流子浓度,改善了电荷分离和传输,使得Ta-Fe2O3光阳极的光电催化性能得到了明显的提升。（3）第四章的研究工作中,我们通过传统的水热合成方法制备出了 Ge-FeOOH,并且在管式炉的低氧氛围中进行高温退火制备出了含氧空位的Ge改性氧化铁光阳极。我们研究了 Ge和氧空位的同时引入对氧化铁光电催化性能的影响,发现单独的Ge掺杂性能比未掺杂的氧化铁性能并没有提高很多,但在加入氧空位之后,两者协同修饰后的氧化铁性能要远远高于单独的一种修饰。实验得出,这种新型光阳极在1.23 V vs.RHE下的光电流密度得到了大幅度的提高,达到了 4.0 mA/cm~2,是纯氧化铁光电流密度的4倍多。沉积Co-Pi助催化剂后,最终的光阳极甚至可以达到4.7 mA/cm~2的光电流密度。