蘭州化物所等Fe2O3納米陣列光電催化分解水研究獲進(jìn)展
利用太陽能光電催化分解水制氫是解決目前能源短缺與環(huán)境污染的有效手段之一。然而，目前半導(dǎo)體材料普遍存在較高的光生電子-空穴復(fù)合率，導(dǎo)致其光電催化性能較低并嚴(yán)重限制了其實際應(yīng)用。 Y_*KAr'{P
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中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所能源與環(huán)境納米催化材料組與德國愛爾朗根-紐倫堡大學(xué)教授Patrik Schmuki開展了深入合作研究。近期，他們在Fe2O3納米帶陣列光電催化分解水及其光生電荷分離研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。 PYQ
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研究人員通過熱處理方法在鐵基底上原位生長具有均一結(jié)構(gòu)的Fe2O3納米帶陣列，并在其表面選擇性地構(gòu)筑了超薄FeOOH納米層及Au納米顆粒，從而形成了具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和高效光生電荷分離的半導(dǎo)體光陽極材料。其在模擬太陽光照射下(AM 1.5G)表現(xiàn)出了優(yōu)異的光電催化分解水性能及穩(wěn)定性，1.23 VRHE 和1.6 VRHE的光電流密度可達(dá)3.2 和6.5 mA cm-2。研究人員進(jìn)一步對其光生電子-空穴分離機(jī)理進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)Au納米顆粒表面等離子共振效應(yīng)形成的熱電子注入超薄FeOOH納米層，而Fe2O3納米帶陣列產(chǎn)生的光生空穴同時向FeOOH層快速遷移，并與Au納米顆粒注入的熱電子快速中和，從而形成了具有獨(dú)特光生電子-空穴分離作用的空穴消耗層。而Fe2O3納米帶陣列分離后光生電子快速轉(zhuǎn)移至對電極參與水還原反應(yīng)，同時Au納米顆粒表面富集的熱空穴參與水氧化反應(yīng)。 6 p;Pf9
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此設(shè)計結(jié)構(gòu)可以有效促進(jìn)半導(dǎo)體材料的光生電荷快速分離與遷移，并且對構(gòu)建高效太陽能光電催化分解水體系具有一定的指導(dǎo)意義。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Nano Energy(2017, 35, 171)、ChemSusChem(2017, DOI: 10.1002/cssc.201700522)等期刊。 Z=-#{{bv
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以上研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、蘭州化物所“特聘人才計劃”以及OSSO國家重點(diǎn)實驗室項目經(jīng)費(fèi)支持。 0 F8xS8vK+
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Fe2O3/FeOOH/Au光生電荷分離示意圖與光電催化分解水性能
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