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钒酸铋半导体-催化剂体系应用于光电化学分解水制取氢气突破

许昌学院新材料与能源学院杨晓刚教授与郑直教授联合指导硕士生李磊等,对钒酸铋半导体-催化剂体系应用于光电化学分解水制取氢气进行了研究。通过对半导体和催化剂的结构和负载量进行调控,采用理论和实验相结合的方式对界面的电荷分离进行了分析研究。相关成果日前发表于英国皇家化学会旗舰期刊《化学科学》上。

利用太阳光在半导体表面进行光电化学反应过程被认为是最有前景的收集储能方法之一。但是,半导体-催化剂-水界面上的电荷分离转移过程非常缓慢,是其速率控制步骤。研究电荷在二者界面上的富集效应对于提高光电转换效率具有非常重要的意义。目前采用瞬态表面光电压法能够定性地研究电荷的分离和复合速率,尚缺乏有效定量方法研究催化剂-半导体之间的协同作用。

本研究以常见的n型钼掺杂钒酸铋半导体为例,在表面沉积了铁掺杂的氧化镍超薄纳米片催化剂,利用瞬态表面光电压技术研究界面上电荷累积-衰减行为,通过理论模拟证明该催化剂在半导体表面既能加快表面反应,又能储存光生电荷。该存储机制增加了其表面电荷积聚,延长电荷寿命并促进电荷转移,实现光电化学分解水性能的显著提高。研究结果为光电或者光伏器件的优化提供了成功案例。

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