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光催化技术是环境污染控制领域最具发展前景的新技术之一。该技术利用光子诱导的强氧化性空穴或羟基自由基(·OH)分解有毒有害污染物,具有可利用太阳能、环境友好和无选择性等优点。Ti02是研究最广泛的光催化材料,其禁带宽度为3.2 eV,只能吸收占太阳光谱5%的紫外光,而且光生电荷复合率高导致量子效率低,使其难以高效利用太阳能,也制约了该技术的实际应用。因此,拓展吸收光谱范围和抑制光生电荷复合是光催化技术研究的重要方向。硅的禁带宽度为1.12 eV,能吸收1100 nm以下的太阳光。构建异质结是提高光生电荷分离效率的有效途径。因此设计新型硅基异质结光催化材料有望解决上述问题。硅材料在污染控制领域应用面临的主要问题是容易与水或氧气反应导致氧化钝化,另外如何减少对光的反射也是提高硅材料光转换效率的关键。针对上述问题,本论文通过制备多级结构减少硅材料对光的反射,进一步通过在多级硅表面负载纳米Ag构建异质结以提高电荷分离效率并阻止硅与水或氧的接触从而抑制钝化,最终实现对太阳光的高效利用和促进光催化技术向实用化发展。研究工作主要包括如下内容：(1)采用金属辅助无电化学刻蚀法制备多级结构硅纳米材料。扫描电镜(SEM)观察到硅柱(Silicon micropillar, SiMP)阵列表面均匀地分布着长度均一、排列整齐的硅纳米线(Silicon nanowire, SiNW) 。光照下的线性循环伏安测试结果表明,刻蚀时间为25 min的SiNW/SiMP在-1V时的光电流密度为-31 mA-cm-2(vs SCE),大于刻蚀时间为5、10、15、20和30min的其他样品。循环伏安测试结果显示,制备出来的SiNW/SiMP在水溶液中不稳定,光电流随时间衰减,这是由于硅被水和溶解氧氧化成绝缘的Si02所致。SiNW/SiMP电极对4-氯酚的光电催化脱氯效率达到85%,分别是电催化过程和光催化过程去除率的3.3倍和1.5倍,是SiMP(60%)的1.4倍,表现出良好的光电催化性能。(2)为改善SiNW/SiMP在水溶液中的稳定性,采用无电化学沉积的方法在其表面沉积Ag纳米颗粒。采用SEM、X射线衍射和能量弥散X射线确认了SiNW/SiMP表面存在Ag纳米颗粒。测试Ag沉积时间分别为1、3和5 min的样品的循环伏安和线性伏安,发现随着沉积时间的延长,光电流先增加后减小,电化学稳定性显著改善。沉积时间为3 min的Ag/SiNW/SiMP样品十个循环中光电流保持不变,为-37.5mA·cm-2,超过3min后,虽然稳定性仍然很好但是光电流减弱。这一变化规律可以解释为过多的Ag阻碍了硅对入射光的吸收。(3)以4-氯酚为目标物评估Ag/SiNW/SiMP在水溶液中光电催化脱卤性能。六次重复实验结果表明,Ag/SiNW/SiMP电极能够在水溶液中长时间稳定地输出光电流。反应1小时后,光电催化过程脱氯效率达到95%,分别是电催化过程(38%)和光催化过程(66%)的2.4倍和1.4倍。Ag/SiNW/SiMP对4-氯酚的动力学常数为0.104 min-1,分别是SiNW/SiMP电极(0.033 min-1)和SiMP电极(0.013 min-1)的3.2倍和8倍,表现出优良的光电催化还原脱氯性能。这是由于Ag与硅界面处的内建电场促进了光生电子与空穴的分离,使更多的光生电子参与到脱氯的反应中去,从而提高光电催化脱氯的效果。综上,本论文描述的Ag/SiNW/SiMP能够借助Ag的保护作用克服Si的钝化,利用Ag与Si内建电场促进电荷分离,利用SiNW/SiMP结构减少光的反射以及增大与污染物接触面积,从而实现充分利用太阳光分解环境污染物。这一成果有助于推进光催化技术实用化的进程。