華中科技大學陳蓉和單斌教授團隊：低溫原子層沉積法制備的高效光解水陽極材料獲進展

【成果簡介】

陳蓉和單斌教授領導的先進材料設計實驗室以納米結構赤鐵礦（α-Fe₂O₃）為研究對象，采用低溫原子層沉積法（low temperature ALD）在其表面沉積了超薄的非晶態CoOx，有效改善了氧化鐵在水氧化半反應中的起始電位和光電轉化效率。相關研究由杜純博士作為第一作者以題為“Ultrathin CoOx-modified hematite with low onset potential for solar water oxidation”發表在Physical Chemistry Chemical Physics上。

【圖文導讀】

圖1 原理示意圖

圖2 性能對比圖

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（a）光電流密度對比圖

（b）量子轉化效率對比圖

【研究內容】

?在低碳發展和環境污染治理力度不斷加大的背景下，我國能源結構的調整迫在眉睫。在眾多可再生能源中，太陽能是唯一能在規模上與巨大能源需求相匹配的能源形式。然而，太陽光的晝夜變化和不穩定性給實際的應用帶來了很大的挑戰。理論上，這個問題可以通過光電化學池（Photoelectrochemical, PEC cell）光解水產氫來解決。高量子效率半導體吸光材料的制備和改性是加速光解水產氫大規模應用的關鍵。此前，半導體電極和表面助催化劑的復合體系常常面臨著入射光和表面光生電壓損失的問題。

該研究的材料表征結果表明，低溫ALD制備的修飾層的主要成分CoOx/Co(OH)x親水性強，有助于溶液的浸入，利于良好的半導體和電解質界面的形成。在光解水測試條件下，CoOx/Co(OH)x還能起到存儲光生空穴的作用，同時可以促進氧化鐵表面電荷的轉移。此外，CoOx具有OER反應催化活性，能夠降低表面反應勢壘和半導體-電解質界面載流子轉移的電阻，即可提高多電子參與的催化反應的總體動力學。

原文鏈接：http://www.materialssimulation.com/低溫原子層沉積法制備的高效光解水陽極材料/

文獻鏈接：Ultrathin CoOx-modified hematite with low onset potential for solar water oxidation (PHYS CHEM CHEM PHYS., 2017, DOI: 10.1039/c7cp01588g)

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