硅納米結(jié)構(gòu)陣列的制備及其光電化學(xué)性能研究.pdf

1、博士學(xué)位論文硅納米結(jié)構(gòu)陣列的制備及其光電化學(xué)性能研究FabricationandPhotoelectrochemicalPropertiesofSiNan0StrUCtUreArrays學(xué)號(hào)：11102041答辯日期：2014年11月大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要?dú)淠鼙黄毡檎J(rèn)為是一種最為理想的綠色清潔能源，自從Fujishima和Honda第一次發(fā)現(xiàn)Ti02半導(dǎo)體光電極具

2、有分解水制氫的功能以來(lái)，利用可再生的太陽(yáng)能通過(guò)光電化學(xué)分解水制氫就受到人們的廣泛關(guān)注。硅納米結(jié)構(gòu)陣列具有減反射特性，可以提高電極對(duì)光的吸收效率。另外，由于硅納米結(jié)構(gòu)陣列擁有較大的比表面積，有助于載流子的傳導(dǎo)，從而提高了光電化學(xué)分解水的效率。這些使得一維硅納米結(jié)構(gòu)陣列一直是光電化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文分別制備出幾種硅納米結(jié)構(gòu)陣列，并通過(guò)對(duì)硅納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面修飾，制備了Pt／SiNW陣列和有序Pt／SiNH陣列以及Si／ZnO核殼納米線陣

3、列。研究了其生長(zhǎng)條件、形貌、微觀結(jié)構(gòu)和光電化學(xué)分解水性能，主要內(nèi)容包括以下幾部分：(1)采用金屬輔助化學(xué)刻蝕法成功地制備出SiNW陣列，并利用無(wú)電金屬沉積法在SiNW陣列上沉積金屬Pt。利用SEM、TEM和HRTEM等手段分別對(duì)所制備的樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、形貌以及光學(xué)性能的表征。系統(tǒng)地研究了Pt／SiNW陣列作為光電極的光電化學(xué)特性。實(shí)驗(yàn)表明，我們制備出了排列規(guī)整、取向一致的SiNW陣列，其直徑分布在30—200rim之間。SiNW的長(zhǎng)度可

4、通過(guò)控制刻蝕時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。與SiNW光電極相比，修飾Pt后的Pt／SiNW光電極的開(kāi)啟電壓發(fā)生了正移，這說(shuō)明修飾Pt后光電化學(xué)分解水制氫性能提高。另外，發(fā)現(xiàn)隨著沉積Pt納米顆粒數(shù)量的增加，限制光電流密度減小。最后，我們證明當(dāng)SiNW的長(zhǎng)度小于49m時(shí)，隨著SiNW長(zhǎng)度的增加，Pt／SiNW光電極的限制光電流密度增大。SiNW長(zhǎng)度為49m的Pt／SiNW光電極的限制光電流密度最大。當(dāng)SiNW的長(zhǎng)度大于49m時(shí)，隨著SiNW長(zhǎng)度的增加

5、，Pt／SiNW光電極的限制光電流密度逐漸減小，并分析了原因。(2)利用金屬輔助化學(xué)刻蝕法制備SiNW陣列，并且成功地利用ALD技術(shù)在硅納米線上沉積ZnO層，制備出Si／ZnO核殼納米線陣列。利用XRD、SEM和TEM等手段對(duì)所制備的Si／ZnO核殼納米線陣列進(jìn)行結(jié)構(gòu)和形貌表征。然后研究了Si／ZnO核殼納米線陣列的光電化學(xué)分解水性能。與平面Si／ZnO異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)相比，Si／ZnO核殼納米線陣列收獲更高的光電流密度，這是由于核殼結(jié)構(gòu)具有