g-C3N4納米片保護的硅納米線的制備及其光電催化性能.pdf

1、光催化技術是污染控制領域最有前景的新技術之一，具有環(huán)境友好，污染物降解徹底及反應條件溫和等優(yōu)勢。 傳統(tǒng)光催化材料以TiO2為主，存在著光譜吸收范圍窄，量子效率低等缺陷，嚴重阻礙了光催化技術的實際應用。因此，尋找新型的具有寬光譜響應范圍的高活性光催化材料是光催化研究領域的關鍵問題之一。硅材料由于儲量豐富，生產(chǎn)成本低，禁帶寬度較小(1.12 eV)，能與太陽光譜很好地吻合，在光電領域具有廣泛的應用。然而，硅材料在空氣或水溶液中易發(fā)生鈍

2、化，產(chǎn)生不導電氧化物，嚴重減弱了硅材料的光電化學活性，提高硅材料在水溶液中的穩(wěn)定性是將其應用到水體污染物降解的前提。本文將g-C3N4（禁帶寬度，2.7 eV）納米片用作硅納米線(SiNW)的保護層，有效地阻止SiNW在水溶液中的鈍化，促進光生電子和空穴的分離，從而提高SiNW電極的光電轉化性能和光電催化降解污染物的性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用銀輔助無電化學刻蝕法制備出SiNW陣列。形貌表征結果顯示，SiNW陣列密度大，

3、排列均勻，長度約為30μm，直徑約為300nm。以三聚氰胺為前驅體，采用兩步熱煅燒法制備g-C3N4納米片，SEM結果顯示，g-C3N4納米片呈現(xiàn)出褶皺和卷曲的結構。TEM，AFM結果顯示，g-C3N4納米片的尺寸約為4μm×8μm，厚度約為1.1nm。最后通過電泳沉積法制備出了SiNW/g-C3N4復合電極，考察了不同電泳沉積時間對SiN W/g-C3N4的光電化學性能的影響，結果顯示，電泳沉積時間為20 s時制各樣品的穩(wěn)定性最好且光

4、電流最大。⑵循環(huán)伏安測試結果顯示，在氙燈光照射下，SiNW/g-C3N4復合電極在經(jīng)歷10個光循環(huán)后光電流保持穩(wěn)定，且光電流為0.28 mA cm-2，是裸露SiNW陣列電極(0.12 mAcm-2)的2.33倍。后續(xù)的電流時間測試結果表明，在1.0 V偏壓下，SiNW/g-C3N4復合電極在240 s的反應時間內(nèi)保持良好的穩(wěn)定性，光電流強度(0.12 mA cm-2)為裸露SiNW陣列電極（0.02 mA cm-2）的6倍。光電化學測

5、試結果表明，g-C3N4納米片不僅可以阻止SiNW與水溶液的接觸，達到保護硅的效果，而且可以增加Si材料的光吸收和光電流密度。氙燈下光電催化降解苯酚的實驗結果表明，在1.0 V偏壓下，SiNW/g-C3N4復合電極在180 min內(nèi)對苯酚的去除率達90％，動力學常數(shù)為0.010 min-1，是SiNW陣列電極(0.003 min-1)的3.33倍。這是由于g-C3N4與SiNW之間形成內(nèi)建電場，促進光生電荷的分離，使更多的光生空穴參與到