电化学刻蚀4H-SiC纳米阵列及其光电催化性能

发布时间：2020-09-08 21:58

　　 Si C是第三代半导体材料,具有高临界击穿电场、高热导率、高电子饱和迁移率以及良好的化学稳定性等,在研发高温高压大功率等苛刻环境下服役的光电器件具有显著优势。SiC低维材料具有独特的表面效应和尺寸效应,展现出了远优于传统材料的物性,且能够推动其器件的微型化和集成化,为新颖高效的新一代光电器件研发提供了契机。本论文通过电化学刻蚀SiC晶片,在常温常压下实现了高定向、透明的4H-SiC纳米结构阵列制备及其结构调控,以此为基础,探索了其在光电催化剂领域的应用。综合本论文工作,取得主要研究成果如下:(1)采用电化学刻蚀法,在常温常压下实现了SiC纳米阵列的可控制备。通过调控刻蚀时间,能够实现纳米孔的直径、壁厚和深度的有效调控。(2)探索了Si C纳米阵列在光电催化领域的应用。研究表明,SiC纳米阵列在1 mol/L Na_2SO_4的溶液中、1 V(参比电极Ag/Ag Cl)偏压和光照激发(模拟太阳光和光功率100 mW cm~(-2))下,光电流密度可达1 mA cm~(-2),2000 s持续光照电流密度始终保持不变,表现出良好的光电催化稳定性。(3)进一步采用原子层沉积(ALD)技术对Si C纳米阵列进行表面修饰构建异质结(Si C@TiO_2)。研究表明,在1 mol/L Na_2SO_4的电解液中,SiC@TiO_2纳米阵列在1 V(参比电极Ag/Ag Cl)的偏压下电流密度为1.7 mA cm~(-2),相比SiC纳米阵列电极的光电流密度提高了70%。暗态电流几乎为零,再次光照时电极的光电流密度迅速恢复到1.7 mA cm~(-2),表明SiC@TiO_2纳米阵列具有快速的响应速度。同时相比SiC纳米阵列,SiC@TiO_2异质结纳米阵列展现出更小的阻抗,说明表明通过异质结的构筑能够强化SiC光阳极载流子的分离与输运。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1

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