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当前,过度使用化石燃料引起的能源危机和环境问题日益突出,通过捕获太阳光来产生氢气的水分解反应被广泛认为是最有希望的解决途径之一。光电化学水分解电池是一种能够将太阳能直接转换成清洁的氢能的装置,因而受到了广大研究者的青睐。然而光阳极上发生的氧化反应动力学反应速率相对缓慢且反应过电势较高,因此发展高效且成本低廉的半导体光阳极材料是当下光电化学水分解制氢研究的重点。在目前广泛研究的半导体光阳极材料中,n型硅(n-Si)光阳极材料因为其在地球上含量丰富、光生载流子扩散距离较长、光吸收范围大等优势受到广大研究者的关注,被广泛应用于高效太阳能水分解的光电极材料。但是n-Si光阳极目前存在开启电压较正,光生载流子的分离和注入效率较低,修饰催化剂带来光吸收损失等问题。本论文由光阳极目前存在的这几个问题着手,通过两步电化学沉积的方法成功制备出金属-绝缘体-半导体结构(Metal-Insulator-Semiconductor,MIS)的n-Si光阳极。该光阳极通过修饰Ni@Co岛状分布纳米颗粒,其中Ni@Co催化剂的岛状分布降低了催化剂带来的光吸收损失,Ni@Co核壳结构能有效地从空间电荷层抽取光生空穴用于Co的氧化,继而提高了分离和注入效率,同时也有效地降低了光阳极的开启电势,并且从机理方面探讨了提高n型硅光阳极光电化学分解水性能的影响因素。研究内容总结如下:我们通过两步电化学沉积的方法成功制备出晶态Ni@非晶态Co的核壳纳米结构。我们发现Ni@Co催化剂颗粒的岛状分布能够有效降低催化剂带来的光吸收损失,并且由于Co(5.0 eV)的功函数略高于Ni(4.6 eV),n-Si/SiOx/Ni@Co光阳极能表现出较大的能带弯曲程度以提高电荷分离效率。同时制备出的这种MIS结构具有高功函Ni@Co核-壳结构纳米颗粒和产氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)过程中原位形成的CoOOH催化剂层,能够有效地降低反应的OER动力学过电势,因而可以有效地从Si基光阳极中抽取电荷,提升载流子的注入效率;原位形成的CoOOH也显著提升了电荷分离效率。因此,n-Si光阳极耦合的Ni@Co核-壳纳米颗粒相比n-Si/SiOx/Ni光阳极可有效提升光电催化活性,饱和光电流密度为36.7 mA cm-2,开启电势达到1.02Vvs.RHE,并且在K-Bi缓冲溶液中保持有良好的稳定性。这种核-壳结构的界面调控方式能高效且易于实现光生载流子的分离,并在较宽的电势窗口范围内将载流子的注入效率提高到接近100%。