中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室劉慶華副研究員、何勁夫博士和姚濤副研究員等利用同步輻射X射線吸收譜學(xué)(XAFS)技術(shù)，在新型太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化功能材料的形貌結(jié)構(gòu)和性能調(diào)控中取得新進(jìn)展，研究成果發(fā)表在10月6日的《自然-通訊》上。
針對(duì)金屬氧化物在可見(jiàn)光區(qū)水分解性能低的科學(xué)問(wèn)題，研究人員提出一種通過(guò)形成“矢量遷移通道”的能級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)引導(dǎo)光生載流子遷移的途徑。實(shí)驗(yàn)上，通過(guò)將一層2~3 nm厚的Fe2TiO5窄禁帶(2.2 eV)半導(dǎo)體材料包覆在高度有序的TiO2納米管陣列表面，在Fe2TiO5/TiO2之間形成載流子分離界面，成功地將光生空穴從材料內(nèi)部定向遷移到表面催化反應(yīng)活性位點(diǎn)；同時(shí)，F(xiàn)e2TiO5與TiO2匹配的導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)極大減小了水分解反應(yīng)的過(guò)電勢(shì)，從而使得Fe2TiO5-TiO2復(fù)合結(jié)構(gòu)在400-600nm波長(zhǎng)范圍的量子轉(zhuǎn)換效率高達(dá)40%以上，總的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到2.7%。研究人員還利用同步輻射X射線吸收譜學(xué)和電化學(xué)阻抗譜技術(shù)等一系列測(cè)量和理論分析，證實(shí)了Fe2TiO5-TiO2界面的“矢量遷移通道”能級(jí)結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)光生載流子定向遷移的原因。
該研究工作豐富了人們利用能帶工程來(lái)改善光解水可見(jiàn)光量子效率的認(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步調(diào)控氧化物半導(dǎo)體光催化劑水分解性能提供了新思路。審稿人認(rèn)為：這項(xiàng)工作所提出的載流子分離方法和通過(guò)能級(jí)剪裁來(lái)降低水分解起始電勢(shì)的途徑在太陽(yáng)能水分解領(lǐng)域有著非常重要的潛在意義。
上述研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目和科技部“973”項(xiàng)目等基金的資助。
中國(guó)科大在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化功能材料研究中取得進(jìn)展
