《用於光電化學電池的一維Si納米結構複合光電極研究》是依託中國科學院理化技術研究所，由師文生擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：用於光電化學電池的一維Si納米結構複合光電極研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：師文生
- 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
光電化學電池是清潔能源領域的一個重要發展方向。一維Si納米結構在光電化學電池領域表現出重要的套用前景。目前基於一維Si納米結構的光電化學電池面臨著穩定性差、光電壓低、光生載流子收集效率不高等關鍵問題。針對這些問題，本項目擬設計並製備一維Si納米結構複合光電極。通過對一維Si納米結構的表面修飾，解決其穩定性問題，同時實現Si與複合組分間的有效電荷傳輸；通過設計和最佳化複合光電極各組分能帶，提高光生電壓；通過對複合光電極表/界面的調控，提高光生載流子收集效率。本項目將深入研究複合光電極組成、結構、製備方法等對基於一維Si納米結構的光電化學電池性能（光電流、光電壓、光轉化效率、穩定性、重複性等）的影響，闡明光生載流子在複合光電極內的分離、轉移、輸運和複合過程，揭示複合光電極表/界面結構對光電化學電池性能影響的機制和規律。研究成果將為發展基於Si材料的光電化學電池奠定堅實的理論和實驗基礎。
結題摘要
在國家自然科學基金重大研究計畫培育項目的資助下，我們圍繞用於太陽能分解水制氫的一維Si納米結構複合光電極開展研究工作。在全體項目組成員的共同努力下，全面實現了本項目設定的研究目標。首先，通過調控金屬輔助化學刻蝕過程中的一些關鍵參數，實現了Si納米線陣列的可控制備和最佳化。在此基礎上，我們設計並製備了一系列基於一維Si 納米結構的複合光電極，解決了一維Si 納米結構光電化學電池穩定性差、光生電壓較低、光電流較小等問題。將化學刻蝕法和高溫熱分解法相結合，我們製備了Si/Fe2O3納米線陣列、Si/Cu2O納米線陣列、Si/NiOx納米線陣列和Si/CoOx納米線陣列複合光電極。在模擬AM 1.5G 光照下，Si/Fe2O3納米線陣列複合光電極的光電流開啟電位為0.5 V vs RHE，在1.23V vs RHE時光電流達到5.28 mA/cm2。將化學刻蝕法和脈衝雷射沉積法、電化學沉積法相結合，製備了Si/SrTiO3納米線陣列和Si/MoOx納米線陣列複合光電極。通過對複合光電極的光物理、光化學及光電化學表征和研究，揭示了光生載流子的分離、轉移、輸運、複合機制，闡明了一維Si 納米結構複合光電極的表面和界面結構對光電化學電池性能的影響機制和規律。在對這些規律理解和掌握的基礎上，我們發展了一種利用光電化學處理提高Si/金屬氧化物納米線陣列複合光電極性能的方法。此外，我們還研究了Si納米線的表面功能化修飾對其光、電等性能的影響，以及修飾分子和半導體之間的電荷轉移過程。基於以上研究結果，我們發表SCI論文11篇，申請發明專利10項。在項目執行過程中，博士畢業生5名。
