近几年来,纳米硅材料由于具有独特的光学和电学特性,在基础研究和应用研究领域引起广泛关注。目前采用溶胶凝胶法、化学气相沉积法、模板法等方法制备的纳米硅材料虽然可以稳定存在于空气中,但是这些方法制备出的纳米结构表面都覆盖着大量的硅氧键。由于硅的氧化物层没有传导电子的能力,导致这些纳米硅材料的导电性能大大下降或没有导电性,从而限制了这些纳米硅材料的应用范围。本实验采用直流电弧放电法以工业硅块和甲烷作为硅源和碳源合成了硅及含有少量碳化硅的硅纳米复合物粉体,探讨了反应气氛中各种气体的比例、惰性气体种类对合成产物形貌的影响。研究结果表明,直流电弧等离子体中的气氛种类及分压比率,可直接用于调控纳米Si产物的晶体结构与形态。本论文旨在提供一种利用气相法掺杂所需元素制备掺杂纳米硅材料的方法,在精确控制纳米硅材料的尺寸和性能的同时,实现掺杂纳米硅材料的规模化制备,本实验在合成的过程中对纳米硅进行原位可控元素掺杂,提高纳米硅材料的导电性和光电响应性能,并将制备的掺杂纳米硅作为光电极材料组装成超级电容器进而测试纳米硅材料的光响应性能。首先使用自动控制直流电弧纳米粉体生产设备在通入氢气、惰性气体和含有掺杂元素气体的混合气氛中,以钨电极为电弧阴极,硅块为电弧阳极,引弧蒸发硅块原料,在原位制备的基础上一次性得到掺杂的纳米硅材料。本实验原料来源丰富,制备过程简单,可规模化制备;产物环境友好无污染,结构新颖;掺杂元素的加入,提高了纳米硅结构的光电特性。我们主要完成了纳米硅材料的前期制备及其微观结构、形貌组成及光响应性能的表征,测试手段包括XRD、TEM、FTIR、XPS、拉曼衍射及电化学工作站。结果表明在掺碳之后硅的光响应范围会向宽光谱方向移动,光电流明显增加。经测试计算,Si和Si-C-100的纳米片在液态有机电解质中,它们对紫外光的光响应电流依次为0.037、0.072m Ag^-1,对可见光的光响应电流依次为0.0089、0.0056 mAg^-1,对单色光的光响应电流依次为0.013、0.0062mAg^-1,在全光谱下Si和Si-C-100的光响应电流依次为0.034、0.078mAg^-1。由此可见Si对紫外光的光电响应能力最强,说明小尺寸二维结构有利于提高Si的光电响应效率。