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光催化技术是污染控制领域最有前景的新技术之一,具有环境友好,污染物降解彻底及反应条件温和等优势。传统光催化材料以TiO2为主,存在着光谱吸收范围窄,量子效率低等缺陷,严重阻碍了光催化技术的实际应用。因此,寻找新型的具有宽光谱响应范围的高活性光催化材料是光催化研究领域的关键问题之一。硅材料由于储量丰富,生产成本低,禁带宽度较小(1.12 eV),能与太阳光谱很好地吻合,在光电领域具有广泛的应用。然而,硅材料在空气或水溶液中易发生钝化,产生不导电氧化物,严重减弱了硅材料的光电化学活性,提高硅材料在水溶液中的稳定性是将其应用到水体污染物降解的前提。本文将g-C3.N4(禁带宽度,2.7 eV)纳米片用作硅纳米线(SiNW)的保护层,有效地阻止SiNW在水溶液中的钝化,促进光生电子和空穴的分离,从而提高SiNW电极的光电转化性能和光电催化降解污染物的性能。具体研究内容和成果如下：(1)采用银辅助无电化学刻蚀法制备出SiNW阵列。形貌表征结果显示,SiNW阵列密度大,排列均匀,长度约为30 μm,直径约为300 nm。以三聚氰胺为前驱体,采用两步热煅烧法制备g-C3N4纳米片,SEM结果显示,g-C3N4纳米片呈现出褶皱和卷曲的结构。TEM, AFM结果显示,g-C3N4纳米片的尺寸约为4 μm × 8μm,厚度约为1.1 nm。最后通过电泳沉积法制备出了SiNW/g-C3N4复合电极,考察了不同电泳沉积时间对SiNW/g-C3N4的光电化学性能的影响,结果显示,电泳沉积时间为20 s时制备样品的稳定性最好且光电流最大。(2)循环伏安测试结果显示,在氙灯光照射下,SiNW/g-C3N4复合电极在经历10个光循环后光电流保持稳定,且光电流为0.28 mA cm-2,是裸露SiNW阵列电极(0.12 mA cm-2)的2.33倍。后续的电流时间测试结果表明,在1.0 V偏压下,SiNW/g-C3N4复合电极在240 s的反应时间内保持良好的稳定性,光电流强度(0.12 mA cm-2)为裸露SiNW阵列电极(0.02 mA cm-2)的6倍。光电化学测试结果表明,g-C3N4纳米片不仅可以阻止SiNW与水溶液的接触,达到保护硅的效果,而且可以增加Si材料的光吸收和光电流密度。氙灯下光电催化降解苯酚的实验结果表明,在1.0 V偏压下,SiNW/g-C3N4复合电极在180 min内对苯酚的去除率达90%,动力学常数为0.010 min-1,是SiNW阵列电极(0.003 min-1)的3.33倍。这是由于g-C3.1N4与SiNW之间形成内建电场,促进光生电荷的分离,使更多的光生空穴参与到氧化降解过程中。