中文摘要：

利用太阳能光催化制氢是发展可再生能源，解决清洁能源供给问题的重要途径之一，相关研究已成为当前能源研究领域的重要前沿。光电化学池（PEC）光催化制氢策略是解决当前光催化制氢效率不高这一核心科学问题的重要光催化方案之一，本申请针对现有PEC光催化制氢体系中可见光不能被有效利用，光催化制氢效率低的瓶颈问题，提出一维硅纳米（微米）核壳阵列结构PEC光催化制氢的创新研究思路。拟通过利用硅材料可见光区较宽的光谱吸收，优异的光电性能，以及一维有序核壳阵列纳米结构优良的化学稳定性，高的光吸收、载流子分离和迁移效率，大的比表面积，发展适用于多电子过程的"Z型光催化体系"全分解水和分解工业污染物H2S的高效PEC光催化制氢体系。此方面的研究突破将为发展新型高效太阳能光催化制氢材料体系提供理论和实验依据。

结论摘要：

利用太阳能光催化制氢是发展可再生能源，解决清洁能源供给问题的重要途径之一，相关研究已成为当前能源研究领域的重要前沿。光电化学（PEC）光催化制氢策略是解决当前光催化制氢效率不高这一核心科学问题的重要光催化方案之一，本项目针对现有PEC光催化制氢体系中可见光不能被有效利用，光催化制氢效率低的瓶颈问题，提出一维硅纳米（微米）核壳阵列结构PEC光催化制氢的创新研究思路。通过利用硅材料可见光区较宽的光谱吸收，优异的光电性能，以及一维有序核壳阵列纳米结构优良的化学稳定性，高的光吸收、载流子分离和迁移效率，大的比表面积，发展稳定高效的PEC光催化制氢体系。本项目的研究主要取得了以下四方面的突破性成果（1）发展了控制制备一维硅纳米（微米）结构的方法。一方面，得益于本课题组过去在VLS生长硅纳米结构研究方面大量持续、深入的研究，在本项目执行期间，提出了一维硅纳米结构的表面曲率振荡生长模型，最终完整地解决了VLS生长的机理问题，在该机理的指导下，我们能够理性的控制硅纳米结构的直径和长度等几何参数，并研究它们对PEC光催化能力的影响。另一方面，通过结合掩膜光刻技术和反应离子刻蚀技术，利用泊松光斑的原理，发展了大面积控制制备一维硅纳米（微米）阵列结构的方法。（2）通过有机半导体修饰大大提高了硅纳米阵列结构的稳定性。分别利用滴涂和表面电沉积聚合的方法在一维硅纳米结构表面修饰有机层形成核壳结构，该修饰层确保了硅纳米结构在产氢溶液体系中的稳定性。（3）研究了硅纳米结构直径，修饰层厚度等参数对PEC光催化性能的影响，为设计高效一维硅纳米（微米）核壳阵列结构光电极奠定了基础。（4）发展了稳定高效的一维硅纳米核壳阵列结构PEC光催化制氢体系。通过选择优化的高分子材料，控制修饰层的最佳厚度，并在核壳阵列结构表面修饰共催化剂，构建了稳定高效的一维硅纳米核壳阵列结构光催化制氢体系，得到的产氢结果是目前所报道的稳定的光电极所能达到的最好效果之一。本项目的研究突破为发展新型高效太阳能光催化制氢材料体系提供了理论和实验依据。