湿化学法制备硅纳米线阵列及其光电化学产氢性能分析

为了探究不同方法条件下制备的硅纳米线阵列电极产氢性能异同,文中分别采用了两步金属辅助催化无电刻蚀法、一步金属辅助催化无电刻蚀法以及阳极氧化法来制备硅纳米线阵列用作为光电分解水电池光阴极材料。通过FESEM、XRD和UVVis-IR DRS等手段对实验样品的形貌、晶型、减反性表征,发现相比于其他2种方法所得硅纳米线样品,两步金属辅助催化无电刻蚀法制备的硅纳米线结构晶型保持更好,表面缺陷更少。光电化学测试表明两步金属辅助催化无电刻蚀法制备的硅纳米线光电化学性能表现最优,其光电流密度值是一步法的4倍,阳极氧化法的40倍;转移电荷电阻仅是一步法制备的硅纳米线阵列阻值的1/3,阳极氧化法制备的1/1 000。     

电化学法制备Ni-W-P纳米线阵列电极及其催化析氢性能

采用二次氧化法制备了多孔阳极氧化铝(AAO)模板, 通过控制电位沉积技术在AAO模板内组装了Ni-W-P合金纳米线阵列. 在扫描电子显微镜(SEM)下观察到Ni-W-P纳米线表面光滑, 长约20 μm, 直径均匀(约为100 nm), 与AAO模板孔径基本一致. 阴极极化曲线和交流阻抗图谱(EIS)的测试结果表明, Ni-W-P合金纳米线阵列电极析氢反应(HER)电阻减小, 具有更高的催化析氢活性, 电流密度为10 mA·cm^-2时, 析氢极化电位较Ni-W-P合金电极正移约250 mV.     

电化学制备有序聚苯胺纳米线阵列

以有序碳纳米管阵列电极为基底电极,在硫酸或高氯酸溶液中,分别探明不同电化学聚合方法以及苯胺单体浓度对聚苯胺形貌的影响.结果表明：采用循环伏安法无法制备出聚苯胺纳米线;而应用恒电位法虽可制得聚苯胺纳米线,但纳米线不能形成有序阵列;只有应用恒电流方法,并且以高浓度苯胺的高氯酸溶液作为聚合溶液,方能制得有序聚苯胺纳米线阵列.     

硅纳米线阵列的制备及其光电应用

近年来,硅纳米线阵列在宽波段、宽入射角范围内优异的减反射性能及其在光电领域的巨大应用前景引起了相关研究者的广泛关注。本文综述了国内外硅纳米线阵列的制备及其在光电应用方面的最新研究进展。关于硅纳米线阵列的制备方法,主要从"自下而上"和"自上而下"两大类出发,分别阐述了模板辅助的化学气相沉积法、化学气相沉积结合Langmuir-Blodgett技术法和金属催化化学刻蚀法,其中重点介绍了目前使用最为广泛且操作简单的金属催化化学刻蚀法的步骤、机理及控制参数。关于硅纳米线阵列在光电领域的应用,主要阐述了硅纳米线阵列在光电探测器、常规太阳能电池、光电化学太阳能电池、光催化分解水制氢、光催化降解有机污染物方面的应用。最后,从硅纳米线阵列在实际应用中面临的提高光电转换效率和避免硅纳米线阵列腐蚀以提高器件的稳定性等问题出发,展望了硅纳米线阵列的表面修饰及修饰后的性能研究是未来硅纳米线阵列光电应用研究的主要方向之一。     

基于宏观金属辅助化学刻蚀制备硅纳米线的研究

分别利用镀银的硅衬底和铂丝电极作为原电池反应中的阴极和阳极,基于金属辅助化学刻蚀采用宏观原电池的方法制备硅纳米线,深入研究了该法制备硅纳米线阵列的机理。通过改变电连接、镀银、刻蚀参数、硅衬底和光照等实验条件,系统地研究了所得硅纳米线形貌与其对应短路电流的关系,实验发现短路电流与硅纳米线长度有一定的对应关系。文章中所提出的模型旨在从根本上解决金属辅助化学刻蚀制备硅纳米线的机理。最后对这种方法所具有的潜在应用价值进行了展望和讨论。     

柔性硅纳米线阵列的制备及光催化性能研究

硅纳米线阵列是利用太阳能解决能源和环境问题的重要材料,然而,可用于柔性器件和生物相容性器件的柔性硅纳米线阵列的制备方法非常有限。本文通过化学气相沉积,以及高分子转移的方法,成功制备了具有不同高分子层厚度的柔性硅纳米线阵列,并研究了高分子层厚度对柔性硅纳米线阵列光催化性能的影响。结果表明,高分子层厚度越小,柔性硅纳米线阵列的光催化性能越强。因此,利用本文提出的制备方法得到的高分子层厚度低至5 μm的柔性硅纳米线阵列,具有作为高效柔性太阳能电池和全光解水系统光电极的潜力。同时,该研究结果也为设计具有高效光能转换能力的柔性纳米线阵列提供了重要依据。     

硅纳米线阵列电极作为细胞色素c传感器的研究

利用化学刻蚀法由p型硅片制备了硅纳米线阵列,经过表面去氧化层处理后,制备了检测蛋白质细胞色素c的电化学传感器.实验表明,硅纳米线阵列电极对细胞色素c有良好的电化学响应,并且在低浓度条件下具备线性响应的特点.根据与未经表面处理的硅纳米线阵列电极的实验结果相对比,提出了细胞色素c所具备的羧基末端与硅纳米线阵列电极表面的Si-H相互作用从而改善传感性能的检测机理.     

电化学沉积法制备CeO2@Ag@CdSe纳米管阵列及其光电化学性能研究

首次通过高效电化学沉积法在FTO导电玻璃上成功合成三元复合材料CeO₂@Ag@CdSe纳米管阵列.在该体系中,银纳米粒子能够在表面等离子体效应下增强光吸收性能,而且能够提供一个内部通道促进光生载流子的转移与分离.CeO₂@Ag@CdSe纳米棒阵列在偏压为-0.2 V（vs.Ag/AgCl）时,能够产生较高的光生电流3.92 mA·cm^-2,该光生电流密度比双组分系统CeO₂@CdSe（0.802 mA·cm^-2）高4.9倍.该三元材料在360 nm单色光下的光电转换效率高达72%,且该光电极在连续测试16 min后仍能保持其光稳定性能.     

金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线及应用

金属辅助化学刻蚀是近些年发展起来的一种各向异性湿法刻蚀,利用该方法可以制备出高长径比的半导体一维纳米结构。 本文综述了金属辅助化学刻蚀法可控制备硅纳米线的最新进展,简要概述了刻蚀的基本过程与机制,重点阐述了基于不同模板的金属辅助化学刻蚀可控制备高度有序、高长径比的硅纳米线阵列的具体流程与工艺,并介绍了其在锂离子电池、太阳能电池、气体传感检测和仿生超疏水等方面的潜在应用,探讨了目前存在的问题及其今后的研究发展方向。     

聚吡咯纳米阵列电极的光电化学

以多孔的铝阳极氧化膜(AAO)为模板制备了直径约为80 nm聚吡咯(PPy)纳米线的阵列电极, 并研究了它的光电化学响应. 结果表明, 在电极电位低于－0.1 V(vs Ag/AgCl)时出现的阴极光电流是由聚吡咯纳米线的p型半导体性质引起的, 其平带电位为－0.217 V. 聚吡咯纳米线的长度对光电流的影响较大, 最佳长度为42 nm. 这是因为在很短的聚吡咯纳米线阵列中PPy太少, 产生的光电流弱, 而在过长的聚吡咯纳米线阵列中光生电子在到达电极基底前易于与光生空穴复合而消失. 聚吡咯纳米线有可能作为纳米光电器件用于未来微器件系统.     

电化学法制备硅纳米线

Silicon nanowires were synthesized from nanometer silicon dioxide powder under potentiostatic electrolysis at -1.20 V (vs Pt reference) for 4 h in molten CaCl₂ at 900 ℃. The morphology, structure and chemical composition of the samples prepared by electroreduction method were characterized by field-emission scanning electron microscopy(FE-SEM), High-resolution transmission electron microscopy(HRTEM) coupled with electron energy dispersive spectroscopy(EDS), laser Raman and X-ray diffraction(XRD). The results revealed that silicon nanowires were crystalline with a diamond cubic structure, the diameter was distributed from 50 nm to 80 nm and the length was generally several micrometers. The formed nanowires basically consisted of silicon monocrystalline and amorphous oxide sheath.     

基于金/硅纳米线阵列肖特基结的自驱动式的可见-近红外光探测器性能研究

本文成功构筑了金/硅纳米线(Au/SiNWs)阵列自驱动式可见-近红外光探测器.探测器在暗态时表现出良好的二极管整流特性,在±1 V偏压下,整流比达584.在可见-近红外光照下,光探测器具有明显的光生伏特效应.光探测性能研究表明:当无外加偏压时,探测器对波长为405 nm、532 nm和1064 nm的光源具有较高的响应率,并且响应快速、信号稳定,重现性良好;当给器件施加一个很小的正偏压时,通过暗态和照光的切换,探测器可使外电路中的电流快速地正负交替变化,从而实现一种快速、有效的二进制光响应.自驱动式Au/SiNWs阵列光探测器显示了高灵敏、快速、宽光谱响应特性,具有巨大的应用前景.     

熔盐电解法制备硅纳米线的过程机理

采用FESEM、XRD和EDS分析了纳米二氧化硅烧结片在900℃的CaCl2熔盐中浸泡后结构和组成的变化,结果表明,由于纳米尺寸效应和CaCl2熔盐对二氧化硅的熔融(软化)具有助熔作用,纳米二氧化硅烧结片在900℃的CaCl2熔盐中由固态转变为熔融或半熔融态。根据对900℃的CaCl2熔盐中-1.2V恒电位电解不同时间电极片上反应区的结构和组成分析结果,提出了纳米二氧化硅电极片的硅/熔融二氧化硅/熔盐三相界面沿极片径向方向均匀推进的电解还原过程。通过对900℃的CaCl2熔盐中-1.2V恒电位电解5和15min电解产物的形貌、结构和成份分析,提出了硅纳米线在熔盐中的电化学成核与生长机理。     

TiO_2纳米管阵列光电催化制氢研究进展

以TiO2纳米管阵列为光阳极组成的光电解池光电催化分解水是目前光催化制氢领域内研究最广泛的体系之一。本文综述了近年来TiO2纳米管阵列在光电催化分解水制氢领域的最新研究进展,重点阐述了提高TiO2纳米管阵列光电转换效率和产氢速率的方法,指出了目前存在的问题,并对今后的发展提出了展望。     

Ternary Monolithic ZnS/CdS/rGO Photomembrane with Desirable Charge Separation/Transfer Routes for Effective Photocatalytic and Photoelectrochemical Hydrogen Generation

Highly efficient and easy recyclable monolithic photocatalysts with ideal separation/transport route for photogenerated charge carriers are much desired. In this work, a ZnO seed‐induced growth approach is developed to fabricate a ternary monolithic photomembrane, that is, ZnS/CdS heterojunction nanorods in situ grow into the interspaces of multilayer reduced graphene oxide (rGO) sheets (denoted as ZnS/CdS/rGO). The monolithic ZnS/CdS/rGO photomembrane can serve as an efficient visible‐light photoactive membrane for photocatalytic (PC) or photoelectrochemical (PEC) hydrogen generation. The fast electron transport of 1D CdS nanorods, the excellent electronic conductivity of multilayer stacked rGO sheets, the intense visible‐light absorption of CdS, the unique hierarchical structure, and double heterojunctions (ZnS/CdS and CdS/rGO) efficiently boost the photogenerated electron‐hole pairs separation and transfer across the interfacial domain of the photomembrane under visible‐light irradiation. Furthermore, the superior stability and reusability of the photomembrane is achieved by the ideal process of photogenerated electron‐hole pair separation/transfer, i.e., holes transfer to ZnS and electrons transfer to rGO to inhibit CdS from photocorrosion.     

TiO2纳米管双室光电化学池光催化制氢的研究

以阳极氧化法在纯钛表面制备了高度有序的TiO₂纳米管阵列,并通过SEM观察其表面形貌。采用双室光电化学池制氢体系,利用太阳光照TiO₂产生的光电压与双室电解液pH差产生的化学偏压的协同效应,不施加外加电压,可直接在阴极室还原制取氢气。通过在碱性电解液中添加乙二醇为电子给体,将光解水制氢与有机物的降解耦合为一体,提高太阳能的利用率,同时考察了阳极室电解液中添加不同含量乙二醇对TiO₂纳米管光阳级的光电化学性能及产氢量的影响。实验结果表明,乙二醇的添加降低了光生电子-空穴对的复合几率,使TiO₂纳米管的光电流、光电压、产氢量得到显著提高。当添加乙二醇的浓度为10vol%时光电流达到13.7mA·cm^-2,无外加电压条件下,双室光电化学池中的产氢速率最高达到3.8μmol·min^-1·cm^-2。     

TiO_2纳米管双室光电化学池光催化制氢的研究

以阳极氧化法在纯钛表面制备了高度有序的Ti O2纳米管阵列,并通过SEM观察其表面形貌。采用双室光电化学池制氢体系,利用太阳光照Ti O2产生的光电压与双室电解液p H差产生的化学偏压的协同效应,不施加外加电压,可直接在阴极室还原制取氢气。通过在碱性电解液中添加乙二醇为电子给体,将光解水制氢与有机物的降解耦合为一体,提高太阳能的利用率,同时考察了阳极室电解液中添加不同含量乙二醇对Ti O2纳米管光阳级的光电化学性能及产氢量的影响。实验结果表明,乙二醇的添加降低了光生电子-空穴对的复合几率,使Ti O2纳米管的光电流、光电压、产氢量得到显著提高。当添加乙二醇的浓度为10vol%时光电流达到13.7 m A·cm-2,无外加电压条件下,双室光电化学池中的产氢速率最高达到3.8μmol·min-1·cm-2。