硅納米線復(fù)合材料的制備及其光電解水產(chǎn)氫性能的研究.pdf

1、本研究一方面希望通過研究新型膜材料制備出具有良好穩(wěn)定性和高的光電轉(zhuǎn)化效率的硅納米線復(fù)合材料，并將其用于太陽能光解水產(chǎn)氫;另一方面，本研究結(jié)合光催化原理和半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)理論，通過引入不同的表面修飾材料（如貴金屬、硫化物等）對硅納米線進(jìn)行改性研究，提高其光電效率、光解水催化性能，來拓展硅基納米材料在光伏產(chǎn)業(yè)、新能源等方面的應(yīng)用。
　　本文主要采用鉬的硫化物以及石墨烯對硅納米線進(jìn)行改性來提高硅納米線的光電性能。因此，在硅納米線表面引入

2、析氫反應(yīng)(HER)電催化劑三硫化鉬(MoS3)制備成硅納米線陣列(SiNWs)與MoS3的復(fù)合材料，并首次證明了這種SiNWs@MoS3復(fù)合材料能夠顯著提高硅納米線光電解水析氫能力。在相同的環(huán)境下，與普通硅納米線材料相比，SiNWs@MoS3復(fù)合材料的光電流顯著增強(qiáng)，并且SiNWs@MoS3復(fù)合材料的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到硅納米線與鉑納米顆粒復(fù)合材料(SiNWs@PtNPs)的87％。SiNWs@MoS3制備簡單、成本低，在光電化學(xué)制氫中具有

3、廣闊的應(yīng)用前景。通過相應(yīng)的電化學(xué)交流阻抗譜分析(EIS)，發(fā)現(xiàn)SiNWs@MoS3/電解液界面的雙電層的電荷傳輸電阻相對較小，加快了H+還原的速率，同時材料又具備了較大的電化學(xué)活性表面積。因此，SiNWs@MoS3產(chǎn)氫能力的顯著提高源于MoS3的電催化活性。與電催化劑復(fù)合這個簡便高效的材料修飾方法同樣可以運(yùn)用在其它的一維納米材料中，具有潛在的應(yīng)用價值。
　　最新的研究表明還原氧化石墨烯(rGO)能夠促進(jìn)光催化過程的電荷分離并加快光

4、電極/電解質(zhì)界面的電荷傳遞。同時rGO又具有很好的光子捕獲能力和光透性，被用于構(gòu)造平面硅和硅納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)?；诠杓{米線的優(yōu)秀的光吸收能力和石墨烯對材料良好的表面修飾能力，我們通過簡單的涂膜法合成了硅納米線陣列/石墨烯復(fù)合材料(SiNWs/rGO)。其中，SiNWs通過簡單高產(chǎn)的金屬輔助的化學(xué)腐蝕法制備得到，rGO通過改進(jìn)的Hummers法制備。
　　結(jié)果表明，在相同的條件下測得SiNWs/rGO的光電流密度比原始的硅納米線增大了