论文部分内容阅读
硅可以吸收从紫外到近红外波长范围的光子，因而被广泛应用于太阳能转换领域，包括太阳能电池和光电化学分解水。而一维硅纳米线(SiNWs)由于其独特的结构和性质，与体硅相比，能有效地提高光吸收能力，从而提高能量转换效率(PCE)。目前，针对硅纳米材料制各方法的研究多如牛毛，如何从中选取简单、可控性强的制备方法直接关系着硅纳米线的应用。本文通过对两步MACE法制备SiNWs的不同条件（如腐蚀时间、H2O2浓度）进行研究，从而找出优化硅纳米线光解水性能的最佳条件，同时通过与一步合成法制备的SiNWs的极化曲线进行比较，发现此法制备的硅纳米线在未经修饰时便具有优异的光解水能力。 与此同时，本研究期望开发出一种高效且低成本的电解和光电解水制氢催化剂。本文中，我们用简单且低成本的方法合成了直径为14 nm的四方相Ni12P5纳米颗粒，并利用电化学表征方法证明了Ni12P5纳米颗粒具有高效稳定的析氢反应(HER)催化活性。通过透射电镜扫描(TEM)观察Ni12P5的形貌，发现Ni12P5近乎是球状结构。X-射线光电子能谱(XPS)实验揭示了Ni12P5纳米颗粒中的Ni和P带有微弱的正电荷和负电荷，Ni12P5纳米颗粒中的Ni和P的带电性质分别类似于Ni2P，[NiFe]氢化酶及其同系物中的氢化物受体和质子受体的带电性质。这种相似性表明Ni12P5纳米颗粒的HER催化活性可能与Ni和P的带电性质有关。 此外，其催化活性毫不逊色于近期报道过的高效非贵金属催化剂。在酸性溶液(0.5 M H2SO4)中电流密度达到20 mA/cm2时所需的最佳过电位是143±3mV。通过恒电位电解和加速衰减实验对Ni12P5纳米颗粒的产氢稳定性进行表征。恒电位电解实验表明，电流密度在10000 s内几乎保持一致。加速衰减实验显示，第1000条扫描曲线也几乎与第一条重叠，表明Ni12P5纳米颗粒在0.5 M H2SO4溶液中具有优异的HER稳定性。 同时，将HER电催化剂引入硅纳米线表面可以提高硅基光电阴极的HER动力学，本文通过简单的涂膜法将Ni12P5纳米颗粒引入硅纳米线，首次证明形成的Ni12P5/SiNWs复合材料能有效提高硅纳米线的光解水制氢能力，同时其能量转化效率(PCE)大于用铂纳米颗粒修饰的硅纳米线的PCE。结论表明，金属磷化物在光解水制氢领域具有广阔的应用前景。