用于增强天然水光电化学分解的硅-银枝晶纳米结构

摘要： 我们报道了以硅(Si)纳米线搭载银(Ag)枝晶(树枝状纳米结构)作为工作电极(光阳极)，对自然水(pH 7)进行光电化学(PEC)分解的研究。通过线性扫描伏安法、电化学阻抗谱(EIS)和莫特-肖特基(M-S)测量对PEC水分解过程进行了详细研究。在白光照射下，外加电压为?0.6 V时测得1.7 mA/cm2的光电流密度，证明了使用树枝状纳米结构作为工作电极能有效分解自然水。这种分解主要归因于工作电极表面/水之间有效界面的显著增强，以及Ag枝晶存在时光生载流子复合的减少。我们认为Si与Ag树枝状纳米结构之间的肖特基势垒有利于增强光生电荷载流子的分离。Si中的光生空穴转移到作为电荷阱的Ag枝晶(纳米分支和叶片)上，从而有效实现水的PEC氧化。我们对载流子复合动力学的研究证实了光生电荷载流子分离的增强。光生载流子获得了长达80 s的合理瞬态周期。EIS结果表明，树枝状纳米结构表面的电荷转移电阻(150 Ω)足够低，可促进界面电荷转移。根据M-S分析，该电阻在工作电极/水界面产生了约1.1 × 102? cm?3的高载流子浓度。报道称应用偏压-光子-电流转换效率约为4%，证明了自然水的高效PEC分解。