利用半导体光电催化降解是解决能源问题和环境问题的有效途径。而半导体光阳极的材料选择和表面修饰是提高半导体光阳极材料光电催化效率的关键步骤。如何稳定高效地提高半导体光阳极的光电催化效率是当前该领域研究的热点。为了探索有效提高半导体复合薄膜光阳极光电化学性能的途径,本文将多孔硅和TiO₂纳米线复合制备复合薄膜光阳极作为研究对象,以多孔硅微结构和TiO₂纳米线的可控性着手,进而从提高复合薄膜光阳极对光的利用率、光生载流子的传输和分离效率等方面开展研究工作。具体研究工作如下:采用金属辅助化学刻蚀法,利用银粒子作为贵金属催化剂对n-型硅进行刻蚀制备多孔硅。通过改变贵金属沉积过程中AgNO₃的浓度和刻蚀反应过程中的刻蚀时间,制备得到具有不同微结构形貌的多孔硅样品。SEM结果显示,不同AgNO₃沉积浓度和刻蚀时间对多孔硅样品的微结构具有很大的影响。漫反射测试结果表明,使用浓度为0.01M的AgNO₃并刻蚀35min的多孔硅样品具有最佳的减反射性能,并利用刻蚀反应原理示意图进行解释。为了研究不同多孔硅样品对多孔硅/TiO₂复合薄膜光阳极性能的影响,使用具有不同微结构形貌的多孔硅进行水热生长TiO₂纳米线层,从而得到不同多孔硅/TiO₂复合薄膜光阳极。SEM和XRD结果表明不同微结构的多孔硅对TiO₂纳米线的生长形貌具有不同影响,且制备得到的TiO₂纳米线大部分为金红石相。另外,漫反射测试结果显示将沉积0.01M的AgNO₃和刻蚀35min多孔硅作为基底的光阳极具备优异的减反射性能。光电化学测试结果发现,具备优异的减反射性能的多孔硅/TiO₂复合薄膜光阳极样品也具有较高的光电流和光电催化活性。通过不同光阳极样品减反射效果示意图和光电催化原理图,认为具有优异减反射性能的多孔硅可以提高光阳极对光的利用率,有效增强光阳极样品光生电子-空穴对生成的能力,并最终提高多孔硅/TiO₂复合薄膜光阳极的光电化学性能。为了研究不同TiO₂纳米线层对多孔硅/TiO₂复合薄膜光阳极性能的影响,改变TiO₂纳米线的水热生长时间,从而制备得到多孔硅/不同TiO₂复合薄膜光阳极。SEM结果显示TiO₂纳米线的尺寸会随着水热生长时间的延长而增大,漫反射测试结果表明,水热生长8小时的多孔硅/TiO₂复合薄膜光阳极对紫外线的吸收率最高。但光电化学测试结果则显示,水热生长6小时的多孔硅/TiO₂复合薄膜光阳极具有最佳的光电化学性能。通过不同尺寸TiO₂纳米线对电子-空穴对影响示意图,认为增加TiO₂纳米线层的厚度可以有效的提高复合薄膜光阳极对紫外线的利用率,但是过厚的TiO₂纳米线层会导致光生电子-空穴对发生提前复合,并使复合薄膜光阳极内部量子效率降低,从而不利于多孔硅/TiO₂复合薄膜光阳极的光电化学性能。为了评价多孔硅/TiO₂复合薄膜光阳极的光电化学性能,将其与多孔硅、硅/TiO₂复合薄膜光阳极以及硅片进行对比测试。漫反射测试结果表明多孔硅/TiO₂复合薄膜光阳极具有各样品中最佳的减反射性能。光电化学测试分别测试了各样品在模拟太阳光环境下的光电流、光电催化和光催化,可见光环境下的光电流、光电催化和光催化以及电催化,结果显示多孔硅/TiO₂复合薄膜光阳极在各测试中均表现出最为优异的光电化学性能,且该样品在模拟太阳光环境下的光电催化具有最佳的催化活性。通过各催化过程原理图和窗口效应示意图,认为异质结效应有效提高了多孔硅/TiO₂复合薄膜光阳极电子-空穴对传输和分离效率,并在外加偏压下进一步被提高。另外,窗口效应增加了光阳极对太阳光的利用率。最终使得多孔硅/TiO₂复合薄膜光阳极具有最优的光电化学性能。