Преимущества и перспективы использования кремниевых наноструктур для фотокаталитической генерации водорода
DOI:
https://doi.org/10.26577/RCPh.2020.v74.i3.08Ключевые слова:
кремний наноқұрылымдары, фотокатализ, судың ыдырауы., silicon nanostructures, photocatalysis, water splittingАннотация
Водородная энергетика является одним из перспективных экологичных направлений развития современной энергетики, а производство водорода из воды с использованием катализатора и солнечной энергии является одним из простых и доступных методов получения необходимого топлива. Поиск подходящих полупроводников для использования в качестве фотокатализаторов в реакции расщепления воды на молекулярный водород и кислород считается актуальной темой. Настоящая работа посвящена обзору современных литературных данных по получению, описанию основных физико-химических свойств и применению кремниевых наноструктур различной геометрии в качестве фотокатализаторов для генерации водорода путем разложения воды. В работе приводится описание различных методов получения и синтеза кремниевых наноматериалов с различной геометрией: кремниевых нанонитей, кремниевых наночастиц, кремниевых наноточек и пористых структур и их основных физико-химических свойств. Также приводятся данные о преимуществах и недостатках использования гетеропереходных гибридных наноматериалов, получаемых на основе кремиевых наноструктур в фотокаталитических процессах для увеличения эффективности выделения водорода. На основе данных опубликованных экспериментальных и теоретических работ также обсуждается механизм фотокаталитического разложения воды при освещении солнечным светом и использовании кремниевых наноструктур в качестве полупроводникового катализатора реакций. В заключении приведена оценка состояния проблемы получения и исследования фотокаталитических свойств кремниевых наноструктур.
Библиографические ссылки
2 A. A. Ismail et al. Solar Energy Materials and Solar Cells. 128, 85-101 (2014).
3 D. Yermukhamed et al. News of the Academy of Sciences of Kazakhstan, Series Chemistry and Technology. 4(424), 26-38 (2017). In Kazakh.
4 K. Hashimoto K. Et al. Japanese Journal of Applied Physics. 44(12), 8269-8285 (2005).
5 X. Chen et al. Chem. Rev. 110, 6503–6570 (2010).
6 Y. Moriya et al. Coord. Chem. Rev. 257, 1957–1969 (2013).
7 J. Ji et al. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 24 4433-4438 (2013).
8 G.K. Mussabek et al. Proceedings of 17-th SGEM 2017, 29 June-5 July 2017, Albena, Bulgaria. 17, 141- 147 (2017).
9 W. Bludau et al. J. Appl. Phys. 45, 1846–1848 (1974).
10 K.Q. Peng et al. Nano Today. 8, 75–97 (2013).
11 A.I. Hochbaum and P. Yang, 110, 527–546 (2010).
12 G. Broenstrup et al. ACS Nano. 4, 7113–7122 (2010).
13 S.W. Boettcher et al. Science. 327, 185–187 (2010).
14 E. Garnett and P. Yang. Nano Lett. 10, 1082–1087 (2010).
15 Y.-F. Huang et al. Nat. Nanotechnol. 2, 770–774 (2007).
16 M.D. Kelzenberg et al. Nat. Mater. 9, 239–244 (2010).
17 I. Oh et al. Nano Lett. 12, 298–302 (2012).
18 F. Priolo et al. Nat. Nanotechnol. 9, 19–32 (2014).
19 B. Delley et al. Appl. Phys. Lett. 67, 2370–2372 (1995).
20 M. Nolan et al. Nano Lett. 7, 34–38 (2007).
21 W. Sun et al. Nat. Commun. 7, 12553 (2016).
22 B.F.P. McVey and R.D. Tilley. Acc. Chem. Res. 47, 3045–3051 (2014).
23 Z. Li et al. Nano Today. 10, 468–486 (2015).
24 Z. Kang et al. J. Am. Chem. Soc. 12, 12090–12091 (2007).
25 A.A. Lapkinet al. Chem.Eng. J. 136, 331–336 (2008).
26 L.M. Wheeler et al. Nat. Commun. 4, 2197 (2013).
27 D. Liu et al. Angew. Chem. Int. Ed. 54, 2980–2985 (2015).
28 M. Shao et al. J. Am. Chem. Soc. 131, 17738–17739 (2009).
29 F.Y. Wang et al. Nanoscale. 3, 3269–3276 (2011).
30 V. Schmidt et al. Adv. Mater. 21, 2681–2702 (2009).
31 H. Han et al. Nano Today. 9, 271–304 (2014).
32 M.L. Zhang et al. J. Phys. Chem. C. 112, 4444–4450 (2008).
33 B. Hoffmann et al. Nanowires – recent advances. InTech, 2012.
34 S.V. Sivaram et al. Nano Lett. 16, 6717–6723 (2016).
35 H. Jansen et al. J. Micromech. Microeng. 6, 14–28 (1996).
36 L. Zong et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 112, 13473–13477 (2015).
37 L.M. Wheeler et al. Nat. Commun. 4, 2197 (2013).
38 C. Li et al. J. Phys. Chem. C. 117, 24625–24631 (2013).
39 A. Bapat et al. Plasma Phys. Contr. F. 46, B97–B109 (2004).
40 M. Iqbal et al. ACS Nano. 10, 5405–5412 (2016).
41 F. Meinardi et al. Nat. Photon. 207, 177–185 (2017).
42 Y. He et al. J. Am. Chem. Soc. 133, 14192–14195 (2011).
43 A. Shiohara et al. Nanoscale. 3, 3364–3370 (2011).
44 S. Litvinenko et al. Int. J. Hydrogen Energy. 35, 6773 (2010).
45 F.E. Osterloh. Chem. Soc. Rev. 42, 2294–2320 (2013).
46 K. Sun et al. Chem. Rev. 114, 8662–8719 (2014).
47 F. Dai et al. Nature Communications. 5, 3605 (2014).
48 H. Song et al. ChemNanoMat, 3, 1, 22-26 (2017).
49 C. Liu et al. Nano Lett. 13, 2989–2992, (2013).
50 Z. Xiong et al. Nanotechnology. 24, 265402 (2013).
51 M. Ye et al. J. Mater. Chem. C. 4, 4577–4583 (2016).
52 R. Ghosh and P.K. Giri. RSC Adv. 6, 35365–35377 (2016).
53 B. Guan et al. ACS Sustain. Chem. Eng. 4, 6590–6599 (2016).
