定向修饰Si位点增强SiC太阳能光解水产氢性能研究

陈 旸，王 达

（北京交通大学，北京 100044）

1 SiC半导体的性质及其在光催化中的应用

1.1 SiC的基本性质

SiC 是一种化学成分简单的化合物，只含有Si 元素和C 元素。但是SiC 却有多种晶型结构，3C、4H、6H，15R 等200多种晶型。SiC 中的Si-C 键相互作用极强，因此其具有稳定的化学性质，在催化反应中一般可以保持很稳定的晶型结构而不被腐蚀破坏[1]。SiC 在物理性质方面，也表现出优异的特性。其具有良好的电子迁移率，已在半导体器件中取得了广泛的应用。

对于光催化而言，3C、6H 是最常用的两种晶型。3C-SiC的禁带宽度为2.4eV，属于立方晶系，6H-SiC 的禁带宽度2.9eV，属于六方晶系[2]。SiC 的Si 2p 轨道组成导带，且其导带位置比较负，光生电子的还原性能更强。C 2p 组成构成其价带，但价带位置更靠近导带，因此，其光生空穴的氧化能力相对较弱。

1.2 工作的思路和研究内容

理论上，SiC 半导体材料具有优异的物理和化学性能，及其环境友好型的特性，是非常理想的太阳光分解水半导体催化材料，其导带的位置较氢气的还原电位更负，光生电子极易还原水中的质子生成氢气。然而，SiC 并没有表现出预期的优良催化性能。目前的研究表明，SiC 表面极快的光生载流子复合速率是制约其催化性能的最主要原因。负载贵金属助催化剂，利用金属与SiC 表面的相互作用，构建光生电荷的转移通道，是抑制其表面极快的光生载流子复合速率的有效方法。

最新的研究结果表明，6H-SiC 中光生电子和空穴呈现区域选择分布的特点，即其Si-{0001}晶面是光生电子的富集面，而{10-10}晶面是光生空穴的富集面。……