硅納米線-Ni12P5復(fù)合材料的制備及其光電解水制氫性能研究.pdf

1、硅可以吸收從紫外到近紅外波長(zhǎng)范圍的光子，因而被廣泛應(yīng)用于太陽能轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，包括太陽能電池和光電化學(xué)分解水。而一維硅納米線(SiNWs)由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，與體硅相比，能有效地提高光吸收能力，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)。目前，針對(duì)硅納米材料制各方法的研究多如牛毛，如何從中選取簡(jiǎn)單、可控性強(qiáng)的制備方法直接關(guān)系著硅納米線的應(yīng)用。本文通過對(duì)兩步MACE法制備SiNWs的不同條件（如腐蝕時(shí)間、H2O2濃度）進(jìn)行研究，從而找出優(yōu)化硅納米線光解

2、水性能的最佳條件，同時(shí)通過與一步合成法制備的SiNWs的極化曲線進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)此法制備的硅納米線在未經(jīng)修飾時(shí)便具有優(yōu)異的光解水能力。
　　與此同時(shí)，本研究期望開發(fā)出一種高效且低成本的電解和光電解水制氫催化劑。本文中，我們用簡(jiǎn)單且低成本的方法合成了直徑為14 nm的四方相Ni12P5納米顆粒，并利用電化學(xué)表征方法證明了Ni12P5納米顆粒具有高效穩(wěn)定的析氫反應(yīng)(HER)催化活性。通過透射電鏡掃描(TEM)觀察Ni12P5的形貌，發(fā)現(xiàn)

3、Ni12P5近乎是球狀結(jié)構(gòu)。X-射線光電子能譜(XPS)實(shí)驗(yàn)揭示了Ni12P5納米顆粒中的Ni和P帶有微弱的正電荷和負(fù)電荷，Ni12P5納米顆粒中的Ni和P的帶電性質(zhì)分別類似于Ni2P，[NiFe]氫化酶及其同系物中的氫化物受體和質(zhì)子受體的帶電性質(zhì)。這種相似性表明Ni12P5納米顆粒的HER催化活性可能與Ni和P的帶電性質(zhì)有關(guān)。
　　此外，其催化活性毫不遜色于近期報(bào)道過的高效非貴金屬催化劑。在酸性溶液(0.5 M H2SO4)中電

4、流密度達(dá)到20 mA/cm2時(shí)所需的最佳過電位是143±3mV。通過恒電位電解和加速衰減實(shí)驗(yàn)對(duì)Ni12P5納米顆粒的產(chǎn)氫穩(wěn)定性進(jìn)行表征。恒電位電解實(shí)驗(yàn)表明，電流密度在10000 s內(nèi)幾乎保持一致。加速衰減實(shí)驗(yàn)顯示，第1000條掃描曲線也幾乎與第一條重疊，表明Ni12P5納米顆粒在0.5 M H2SO4溶液中具有優(yōu)異的HER穩(wěn)定性。
　　同時(shí)，將HER電催化劑引入硅納米線表面可以提高硅基光電陰極的HER動(dòng)力學(xué)，本文通過簡(jiǎn)單的涂膜法將