硅納米結構陣列的制備及其光電化學性能研究.pdf

1、博士學位論文硅納米結構陣列的制備及其光電化學性能研究FabricationandPhotoelectrochemicalPropertiesofSiNan0StrUCtUreArrays學號：11102041答辯日期：2014年11月大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學博士學位論文摘要氫能被普遍認為是一種最為理想的綠色清潔能源，自從Fujishima和Honda第一次發現Ti02半導體光電極具

2、有分解水制氫的功能以來，利用可再生的太陽能通過光電化學分解水制氫就受到人們的廣泛關注。硅納米結構陣列具有減反射特性，可以提高電極對光的吸收效率。另外，由于硅納米結構陣列擁有較大的比表面積，有助于載流子的傳導，從而提高了光電化學分解水的效率。這些使得一維硅納米結構陣列一直是光電化學領域的研究熱點。本論文分別制備出幾種硅納米結構陣列，并通過對硅納米結構進行表面修飾，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。研究了其生長條件、形貌、微觀結構和光電化學分解水性能，主要內容包括以下幾部分：(1)采用金屬輔助化學刻蝕法成功地制備出SiNW陣列，并利用無電金屬沉積法在SiNW陣列上沉積金屬Pt。利用SEM、TEM和HRTEM等手段分別對所制備的樣品進行了結構、形貌以及光學性能的表征。系統地研究了Pt／SiNW陣列作為光電極的光電化學特性。實驗表明，我們制備出了排列規整、取向一致的SiNW陣列，其直徑分布在30—200rim之間。SiNW的長度可

4、通過控制刻蝕時間進行準確的控制。與SiNW光電極相比，修飾Pt后的Pt／SiNW光電極的開啟電壓發生了正移，這說明修飾Pt后光電化學分解水制氫性能提高。另外，發現隨著沉積Pt納米顆粒數量的增加，限制光電流密度減小。最后，我們證明當SiNW的長度小于49m時，隨著SiNW長度的增加，Pt／SiNW光電極的限制光電流密度增大。SiNW長度為49m的Pt／SiNW光電極的限制光電流密度最大。當SiNW的長度大于49m時，隨著SiNW長度的增加

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)利用金屬輔助化學刻蝕法制備SiNW陣列，并且成功地利用ALD技術在硅納米線上沉積ZnO層，制備出Si／ZnO核殼納米線陣列。利用XRD、SEM和TEM等手段對所制備的Si／ZnO核殼納米線陣列進行結構和形貌表征。然后研究了Si／ZnO核殼納米線陣列的光電化學分解水性能。與平面Si／ZnO異質結結構相比，Si／ZnO核殼納米線陣列收獲更高的光電流密度，這是由于核殼結構具有