中科院：蘭州化物所超薄α-Fe2O3光電催化分解水制氫研究獲進展

時間:2017-11-06 10:20來源:中科院 作者:志明
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Fe2TiO5/Fe2O3/Pt光陽極合成示意圖及光電催化分解水性能

　　太陽能光（電）催化分解水制氫是解決目前能源短缺與環(huán)境污染問題的理想途徑之一。氧化鐵（α-Fe2O3）具有較高的穩(wěn)定性、較低的能帶結(jié)構(gòu)（2.1eV）以及自然儲備豐富等優(yōu)勢，成為光電催化分解水制氫領(lǐng)域中的重要材料。然而，氧化鐵具有導(dǎo)電性差、光生電子-空穴復(fù)合較快等缺陷，嚴(yán)重限制了其實際應(yīng)用。
 
　　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埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)教授Patrik Schmuki合作研究，在超薄α-Fe2O3材料光電催化分解水及其光生電荷分離研究方面取得新進展。
 
　　研究人員在導(dǎo)電基底生長厚度可控的Pt納米金屬層，并沉積超薄α-Fe2O3納米層。在α-Fe2O3/Pt基礎(chǔ)上進一步原位合成Fe2TiO5層從而形成Fe2TiO5/α-Fe2O3/Pt“三明治”異質(zhì)結(jié)構(gòu)光陽極。在此結(jié)構(gòu)中，金屬Pt納米層可以有效提高α-Fe2O3光吸收性能；由于其具有較低的費米能級，有效促進了光生載流子分離和光生電子快速遷移。此外，F(xiàn)e2TiO5與α-Fe2O3具有匹配的能帶結(jié)構(gòu)，α-Fe2O3納米層產(chǎn)生的光生空穴向Fe2TiO5層快速遷移，進一步降低載流子的復(fù)合幾率并促進水氧化反應(yīng)。
 
　　在模擬太陽光照射下（AM 1.5G，100 mW cm-2），“三明治”異質(zhì)結(jié)構(gòu)Fe2TiO5/α-Fe2O3/Pt光陽極表現(xiàn)出優(yōu)異的光電催化分解水活性及穩(wěn)定性，其光電流密度與純相α-Fe2O3相比提高近1.5倍。此異質(zhì)結(jié)構(gòu)光陽極的設(shè)計可有效提高半導(dǎo)體材料的光吸收性能，并可促進光生電荷快速分離與遷移，對構(gòu)建高效太陽能光電催化分解水體系具有指導(dǎo)意義。
 
　　相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Advanced Functional Materials和Journal of Materials Chemistry A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”以及羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室的經(jīng)費支持。
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文章標(biāo)簽： 分解水制氫 光電催化
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