湖北省自然科學(xué)基金聯(lián)合基金年度總投入規(guī)模超2.1億元
近日,湖北省科技廳設(shè)立的省自然科學(xué)基金聯(lián)[詳情]光催化分解水制氫技術(shù)是可以將太陽光能轉(zhuǎn)化為氫能的重要手段,這一種新能源技術(shù)發(fā)展前途。Fe2O3是一種優(yōu)良的半導(dǎo)體材料,它具有合適的禁帶寬度(~2.1 eV),可以吸收太陽光譜中大部分的可見光,并且其化學(xué)性能穩(wěn)定,來源廣泛,價格低廉,因此,它作為光電陽極材料被廣泛研究。但是,F(xiàn)e2O3也有一些缺點,例如,導(dǎo)電性能差,光生空穴傳輸距離短(2-4 nm)等,這些限制因素導(dǎo)致其光生載流子的利用率低,嚴(yán)重地阻礙了Fe2O3的應(yīng)用。
天津大學(xué)化工學(xué)院的鞏金龍教授及其團隊,利用原子層沉積技術(shù)(Atomic Layer Deposition, ALD)巧妙地在FTO基底和Fe2O3納米棒陣列之間引入一層TiO2薄層,繼而利用高溫焙燒的方法激發(fā)TiO2夾層中的Ti元素對Fe2O3進行摻雜,提高了Fe2O3的導(dǎo)電性。zui后,繼續(xù)在Fe2O3納米棒上引入分枝結(jié)構(gòu),增大其表面積,從而獲得了更高的光生載流子利用效率。(Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201705772)
文章通過引入一層TiO2夾層的簡單方法,不僅抑制了Fe2O3光電陽極在基底和Fe2O3之間的界面復(fù)合,而且增強了其體相的導(dǎo)電性,有效地提高了Fe2O3的光生載流子利用效率。在AM 1.5G模擬太陽光下,所制備的Fe2O3光電陽極,附加1.23 V(vs. RHE)偏壓,進行水氧化反應(yīng)的光電流可達2.5 mA cm-2,負(fù)載FeOOH作為助催化劑之后,其光電流進一步提升至3.1 mA cm-2。