n-Si半导体作为光电化学分解水阳极的稳定性研究

单晶Si由于它的禁带宽度（1.1ev）与太阳光谱相匹配，作为光活性电极材料被广泛研究。但它作为光阳极不稳定，易腐蚀。所以提高单晶Si作为光阳极时的稳定性就成了关键问题。我们所采用的是在n-Si表面沉积保护膜的方法。首先用电沉积法在n-Si表面沉积一层Pd，光电流得到了很大的提高。从未沉积Pd前的2mA／cm~2增加到29.1mA／cm~2（电极电位在1.5V vs，SCE），并且稳定性增强，能在光电解水体系中稳定工作4小时，但4小时后光电流衰减，所以在n-Si表面沉积Pd有一定的保护作用，但保护作用是有限的。我们在n-Si/Pd电极上用化学沉积法再沉积一层锰的氧化物膜，大大提高了电极的稳定性，在0.5MKOH溶液中，电位控制在0.4V（vs.SCE）时，可以稳定工作110小时。化学沉积锰氧化物膜的烧结温度为250℃（在N_2或Ar保护下），得到的锰氧化物膜经X－射线光电子能谱确定锰的价态为＋3价。RuO_2在n-Si/Pd/Mn_2O_3表面的沉积对氧的析出有催化作用，与未沉积前相比不电流起始电位负移了0.15V，比氧析出可逆电位负80mV [氧析出中逆电位在0.5M KOH溶液中（pH＝13.7）为0.18v（vs.SCE）]，沉积RuO_2的n-Si/Pd/Mn_2O_3/RuO_2电极，也具有同样好的稳定性，连续工作112小时光电流无明显变化。由交流阻抗法求得它的平带电位为-0.5V vs.SCE （0.5M KOH溶液）和0.0V vs.SCE（0.5M K_2SO_4溶液），并由此进一步得出它在0.5M KOH溶液中的能级结构。据此分析了n-Si电极在不加偏压下不能实现水的光电化学分解的原因。由光谱响应实验结果得到。沉积保护膜后的n-Si电极在整个可见光及近红外区内仍然有较好的光吸收。由光电流起始波长1130nm计算出的禁带宽度为1.1eV，与文献值一致。