《一維矽納米（微米）核殼結構陣列PEC光催化制氫》是依託中國科學院理化技術研究所，由張曉宏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：一維矽納米（微米）核殼結構陣列PEC光催化制氫
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張曉宏
- 依託單位：中國科學院理化技術研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用太陽能光催化制氫是發展可再生能源，解決清潔能源供給問題的重要途徑之一，相關研究已成為當前能源研究領域的重要前沿。光電化學池（PEC）光催化制氫策略是解決當前光催化制氫效率不高這一核心科學問題的重要光催化方案之一，本申請針對現有PEC光催化制氫體系中可見光不能被有效利用，光催化制氫效率低的瓶頸問題，提出一維矽納米（微米）核殼陣列結構PEC光催化制氫的創新研究思路。擬通過利用矽材料可見光區較寬的光譜吸收，優異的光電性能，以及一維有序核殼陣列納米結構優良的化學穩定性，高的光吸收、載流子分離和遷移效率，大的比表面積，發展適用於多電子過程的Z型光催化體系全分解水和分解工業污染物H2S的高效PEC光催化制氫體系。此方面的研究突破將為發展新型高效太陽能光催化制氫材料體系提供理論和實驗依據。
結題摘要
利用太陽能光催化制氫是發展可再生能源，解決清潔能源供給問題的重要途徑之一，相關研究已成為當前能源研究領域的重要前沿。光電化學（PEC）光催化制氫策略是解決當前光催化制氫效率不高這一核心科學問題的重要光催化方案之一，本項目針對現有PEC光催化制氫體系中可見光不能被有效利用，光催化制氫效率低的瓶頸問題，提出一維矽納米（微米）核殼陣列結構PEC光催化制氫的創新研究思路。通過利用矽材料可見光區較寬的光譜吸收，優異的光電性能，以及一維有序核殼陣列納米結構優良的化學穩定性，高的光吸收、載流子分離和遷移效率，大的比表面積，發展穩定高效的PEC光催化制氫體系。本項目的研究主要取得了以下四方面的突破性成果： （1）發展了控制製備一維矽納米（微米）結構的方法。一方面，得益於本課題組過去在VLS生長矽納米結構研究方面大量持續、深入的研究，在本項目執行期間，提出了一維矽納米結構的表面曲率振盪生長模型，最終完整地解決了VLS生長的機理問題，在該機理的指導下，我們能夠理性的控制矽納米結構的直徑和長度等幾何參數，並研究它們對PEC光催化能力的影響。另一方面，通過結合掩膜光刻技術和反應離子刻蝕技術，利用泊松光斑的原理，發展了大面積控制製備一維矽納米（微米）陣列結構的方法。 （2）通過有機半導體修飾大大提高了矽納米陣列結構的穩定性。分別利用滴塗和表面電沉積聚合的方法在一維矽納米結構表面修飾有機層形成核殼結構，該修飾層確保了矽納米結構在產氫溶液體系中的穩定性。 （3）研究了矽納米結構直徑，修飾層厚度等參數對PEC光催化性能的影響，為設計高效一維矽納米（微米）核殼陣列結構光電極奠定了基礎。 （4）發展了穩定高效的一維矽納米核殼陣列結構PEC光催化制氫體系。通過選擇最佳化的高分子材料，控制修飾層的最佳厚度，並在核殼陣列結構表面修飾共催化劑，構建了穩定高效的一維矽納米核殼陣列結構光催化制氫體系，得到的產氫結果是目前所報導的穩定的光電極所能達到的最好效果之一。 本項目的研究突破為發展新型高效太陽能光催化制氫材料體系提供了理論和實驗依據。
