定向修飾Si位點增強SiC太陽能光解水產氫性能研究

陳 旸，王 達

（北京交通大學，北京 100044）

1 SiC半導體的性質及其在光催化中的應用

1.1 SiC的基本性質

SiC 是一種化學成分簡單的化合物，只含有Si 元素和C 元素。但是SiC 卻有多種晶型結構，3C、4H、6H，15R 等200多種晶型。SiC 中的Si-C 鍵相互作用極強，因此其具有穩定的化學性質，在催化反應中一般可以保持很穩定的晶型結構而不被腐蝕破壞[1]。SiC 在物理性質方面，也表現出優異的特性。其具有良好的電子遷移率，已在半導體器件中取得了廣泛的應用。

對于光催化而言，3C、6H 是最常用的兩種晶型。3C-SiC的禁帶寬度為2.4eV，屬于立方晶系，6H-SiC 的禁帶寬度2.9eV，屬于六方晶系[2]。SiC 的Si 2p 軌道組成導帶，且其導帶位置比較負，光生電子的還原性能更強。C 2p 組成構成其價帶，但價帶位置更靠近導帶，因此，其光生空穴的氧化能力相對較弱。

1.2 工作的思路和研究內容

理論上，SiC 半導體材料具有優異的物理和化學性能，及其環境友好型的特性，是非常理想的太陽光分解水半導體催化材料，其導帶的位置較氫氣的還原電位更負，光生電子極易還原水中的質子生成氫氣。然而，SiC 并沒有表現出預期的優良催化性能。目前的研究表明，SiC 表面極快的光生載流子復合速率是制約其催化性能的最主要原因。負載貴金屬助催化劑，利用金屬與SiC 表面的相互作用，構建光生電荷的轉移通道，是抑制其表面極快的光生載流子復合速率的有效方法。

最新的研究結果表明，6H-SiC 中光生電子和空穴呈現區域選擇分布的特點，即其Si-{0001}晶面是光生電子的富集面，而{10-10}晶面是光生空穴的富集面。……