光催化技术被认为是污染控制领域最具前景的新技术之一。但是,光能利用率低限制了光催化技术的实际应用,因此如何提高光能量效率是光催化技术面临的关键科学问题。硅元素在地壳中的丰度为29.4%,仅次于氧元素,硅材料的理论光转化效率可达33%,如果能够用于光催化污染控制,有望大幅提高光能利用效率。但是硅材料极易在水溶液中钝化,难以用于光催化降解水体中的污染物质。本文借助新型保护层材料和量子限域效应,有效地减缓了硅材料的钝化,使得硅材料在水溶液中也能发挥高效的光电转换作用。这有助于提高光催化技术的光能利用效率,促进其实际应用。具体研究工作包括以下几方面：为了减缓硅材料在水溶液中的钝化,采用石墨烯作为保护层,用电泳法制备了大孔硅/石墨烯异质结材料。制备的大孔硅/石墨烯在-1.5V偏压下的光电流比大孔硅提高了110%,比对照样品大孔硅/碳膜提高了80%,并且在经过5个循环后光电流保持稳定。将制备的大孔硅/石墨烯作为光阴极,2,2’,4,4’-四溴联苯醚(BDE-47)作为目标物,在-1.0V偏压下,3h内对BDE-47的降解率达到了100%,其中可见光贡献87.1%,降解动力学常数为1.12h-1,是大孔硅(0.04h-1)的26倍,是大孔硅/碳膜(0.22h-1)的5倍。采用气质联用和电子自旋共振扫描仪对BDE-47降解机理进行了研究,证明BDE-47的降解过程是由光致电子主导的逐个脱溴的过程。阵列硅纳米线阵列结构比大孔硅具有更好的减反射能力和更大的光吸收面积,在保证有效抑制硅材料钝化基础上,为了实现更高的光电转换效率,采用无电沉积的方法制备了阵列硅纳米线/铂。研究系统考察了阵列硅纳米线/铂在不同电压下光催化以及光电催化对2,4-二氯酚的去除能力,发现其在-0.6V偏压下光催化对光电催化降解污染物的贡献最大。在此条件下,阵列硅纳米线/铂光电极在20min内对2,4-二氯酚的降解率达到95%以上,降解动力学常数为0.13min-1,分别为硅/铂和阵列硅纳米线光阴极的2倍和3倍,为前面的大孔硅/石墨烯光电极的6倍以上。由于贵金属材料铂的储量有限、价格昂贵,为了开发新型可替代保护膜材料、降低材料成本,采用电弧法制备了具有立方体结构的纳米单晶氮化钛代替贵金属铂。制备的氮化钛作为阴极使用,在经历了20圈循环伏安测试后能够保持电流稳定。塔菲尔曲线表明氮化钛的析氢过电势为0.54v,明显高于铂催化剂(0.07V)和铂片(0.12V),有利于抑制副反应的发生。采用电泳法制备了硅纳米线/氮化钛电极,在-1.0V偏压下阵列硅纳米线/氮化钛电极在40min内对2,4-二氯酚的降解率达到85%,降解效率达到了同等条件下硅纳米线/铂的90%。尽管保护层减缓了硅的钝化,但是却不可避免地遮挡了入射光,同时在使用过程中保护层易脱落；另一方面,硅的价带能级导致其光催化氧化能力不足,需要外加偏压才能有效氧化分解污染物。针对这些不足,为了在无保护层条件F减缓硅材料在水溶液中的钝化,同时提高硅的光催化氧化能力,采用电化学刻蚀法制备了大孔表而密布纳米孔的分级多孔硅。根据光吸收测试估算,制备的纳米孔硅的禁带宽度约为2.12eV,能带宽化意味着纳米孔产生了量了限域效应,莫特-肖特基测试表明分级多孔硅的禁带变宽是由于价带的正移导致的,因此光激发硅产生的空穴的氧化能力增强。在氙灯照射下,分级多孔硅在5h内对苯酚的降解率达到95%,降解动力学常数为0.49h-1,是大孔硅的3.5倍,TOC去除率为45%,是大孔硅的8.0倍。5次重复实验中,分级多孔硅对苯酚的降解率均在90%以上,展示了其稳定持久的光催化性能。总之,本文分别采用石墨烯,铂,氮化钛作为保护层材料,以及借助量子限域效应成功减缓了硅材料在含水溶液中的钝化,利用硅材料获得了较高的光电转化效率和光催化降解效率。这一成果有助于促进光催化技术实用化进程。