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(jìn)展

時(shí)間:2017-11-06 10:20來(lái)源:中科院 作者:志明
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Fe2TiO5/Fe2O3/Pt光陽(yáng)極合成示意圖及光電催化分解水性能

　　太陽(yáng)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(wèn)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(chǔ)備豐富等優(yōu)勢(shì)，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(shí)際應(yīng)用。
 
　　中國(guó)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(guó)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(jìn)展。
 
　　研究人員在導(dǎo)電基底生長(zhǎng)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(jìn)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(yáng)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(fèi)米能級(jí)，有效促進(jìn)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(jìn)一步降低載流子的復(fù)合幾率并促進(jìn)水氧化反應(yīng)。
 
　　在模擬太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極的設(shè)計(jì)可有效提高半導(dǎo)體材料的光吸收性能，并可促進(jìn)光生電荷快速分離與遷移，對(duì)構(gòu)建高效太陽(yáng)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(guó)家自然科學(xué)基金委、蘭州化物所“特聘人才計(jì)劃”以及羰基合成與選擇氧化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)支持。
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文章標(biāo)簽： 分解水制氫 光電催化
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