فتوکاتالیست های TiO2 به عنوان گزینه ای امیدبخش برای تولید هیدروژن از طریق فرآیند تجزیه آب مطرح هستند؛ با این حال، بازدهی آن ها به دلیل گاف نواری وسیع و جذب ضعیف نور مرئی محدود است. در این پژوهش، سنتز TiO2 سیاه (Black-TiO2) از طریق یک فرآیند دو مرحله ای شامل کاهش حرارتی و الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفت. این روش منجر به ایجاد نقایص اکسیژن و گونه های Ti3+ شد که باعث کاهش گاف نواری از eV 3.2 به eV 2.8 و در نتیجه افزایش جذب نور و بهبود انتقال بار گردید. خواص ساختاری و الکتروشیمیایی TiO2 سیاه با استفاده از طیف سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS)، طیف سنجی رامان، آنالیز مات-شاتکی، اندازه گیری جریان نوری، آنالیز پتانسیل مدار باز (OCP) و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) ارزیابی شدند. نانولوله های TiO2 سیاه، در پتانسیل V vs RHE 1.23، چگالی جریان نوری معادل Acm-2 311 نشان دادند که 3.5 برابر بیشتر از TiO2 خالص است. علاوه بر این، چگالی حامل های بار در آن ها با افزایشی معادل 1300 برابر همراه بود که نشان دهنده انتقال بار بهبود یافته و عملکرد فوتوالکتروشیمیایی (PEC) ارتقا یافته است. این پژوهش همچنین یک تحلیل جامع از سینتیک انتقال بار و فرآیندهای بازترکیب ارائه می دهد و بر نقش حالت های نقص در تسهیل واکنش های سطحی سریع تر و بهبود کلی عملکرد PEC تأکید می کند. نتایج، پتانسیل TiO2 سیاه حاصل از فرآیند کاهش دو مرحله ای را به عنوان گزینه ای امیدبخش برای تجزیه آب فوتوالکتروشیمیایی کارآمد نشان می دهند.