晶態(tài)介孔硅球的制備及其光催化性能的研究.pdf

1、半導體材料作為光催化劑，在太陽光下進行光解水產氫是有效解決全球能源危機和環(huán)境污染危機的可持續(xù)發(fā)展道路。研究開發(fā)催化效率高、成本低廉且資源含量豐富的催化劑對實現(xiàn)大規(guī)模產氫來說是重中之重。硅作為地殼中含量最為豐富的半導體，其具有較窄的帶隙可以在可見光下保持較高的活性，因而是利用太陽能進行光催化產氫最有潛力的材料之一。
　　但是由于硅材料的導帶邊緣與水的還原電勢差距較小，且在水溶液中會出現(xiàn)表面氧化，都限制了硅的在光解水領域的應用。已知通

2、過減小材料的晶粒結晶，可以發(fā)生量子限制效應，從而拓寬硅材料的帶隙;提升材料的結晶性，降低表面缺陷，可以減緩光生載子的復合;增大材料的比表面積，可以增加材料與溶液的催化面積。因而通過高結晶性納米粒子組合構筑介孔結構硅材料，是實現(xiàn)提升硅材料光催化劑的可靠方式。
　　本文使用低溫共熔鹽作為制孔劑，膠態(tài)二氧化硅粒子作為硅源，通過超聲噴霧法制備出介孔二氧化硅球，然后利用鎂熱還原法將其還原為相應的硅材料。SEM、TEM、XRD、氮氣吸附脫附等

3、測試結果表明，制備的硅材料呈現(xiàn)富含介孔的球型結構，該球型結構獨立完整，并且由大量粒徑在20 nm左右的結晶性硅顆粒交聯(lián)而成;Raman和XPS圖譜證明該介孔硅球中硅氧化合物含量低，表面缺陷少;紫外可見漫反射光譜表明該介孔硅球在可見光范圍內具有很好的吸光性，同時帶隙擴寬為1.73 eV。
　　晶態(tài)介孔硅球與商用硅納米粒子進行光電流強度對比結果表明，晶態(tài)介孔硅球上的光生電子和空穴可以產生更為明顯的電荷分離效果，從而可以有更多的光生電子

4、用來將水中的氫離子還原為氫氣。利用可見光進行光解水產氫的實驗結果表明，晶態(tài)介孔硅球在可見光下的單位產氫速率高達1785μmol H2 g-1 h-1 Si，同時在連續(xù)進行4個周期的循環(huán)后，依然可以保持很高的產氫量。對循環(huán)過后的樣品進行一系列表征，發(fā)現(xiàn)介孔硅球在形貌、物相、表面狀態(tài)等物理性質未有顯著改變，證明了利用超聲噴霧法和鎂熱法相結合制備的介孔硅球十分穩(wěn)定。此外，晶態(tài)介孔硅球在太陽光下進行光解水產氫的單位速率依然能達到1167μmol