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上海平博地址BiVO4基光阳极材料的设想与使用研究中取得新进展
2019-06-24 22:02:02 | 【 【打印】【封闭】

  太阳能光电化学(PEC)裂解水是将太阳能转化为氢能的一种无效的方式。在浩繁半导体光阳极中,BiVO4由于具有合适的导带、价带位置和禁带宽度而成为优异的光阳极材料。BiVO4的光接收边在515nm,在AM1.5太阳光下的理论最大光电流密度(Jmax)为7.5 mA cm-2。然而现实的光分化水电流密度(JH2O)远小于其理论值,这主如果由于BiVO4在光PEC分化水的各个过程中具有能量丧失。按照以往的报道,JH2O能够暗示为JH2O = Jmax × ηabs × ηsep × ηtrans此中ηabs是吸光效率,ηsep是电荷分手效率,ηtrans是概况空穴转移效率。今朝BiVO4光阳极的ηsepηtrans低下,且相对过宽的带隙和不不变性进一步限制了其光电转换效率的提高和现实使用。    

  近日,中国科学院上海平博研究所与北京大学、复旦大学互助,BiVO4基光阳极的设想及其在光电催化裂解水的使用研究中取得新进展。研究团队采用典型制备纳米布局BiVO4光阳极的方式,并以氢等离子体又一次原技术在室温下制备了又一次原态的黑色纳米布局BiVO4光阳极。黑色纳米布局BiVO4光阳极不只能够提高电荷传输和分手效率,并且大大拓展了其可见光的接收谱域(带隙缩小了0.3 eV),但该黑色纳米布局BiVO4光阳极概况催化效率并没有获得显著提高,且不变性不佳。别的,采用保守的产氧催化剂(OEC)负载使得光阳极和催化剂之间的电荷复合很是严峻。为此,该团队经由进一步的测验考试设想,采用ALD技术在纳米布局的BiVO4光阳极概况负载无定形的TiO2,再进一步又一次原。EELS成果表白,这类负载TiO2BiVO4在又一次原的过程中,本身同样获患了和黑色纳米布局BiVO4不异的又一次原程度,而无形的TiO2被又一次原成为无定形的TiO2-x。这类无定形TiO2-x包覆的又一次原态BiVO4 (b- BiVO4/TiO2-x)光阳极的电荷传输和分手特征与黑色纳米布局BiVO4光阳极的特征根底分歧。最终的b- BiVO4/TiO2-x光阳极能够实此刻低电压下获得比力高的电流密度(3.85 mA cm-2 at 0.6 VRHE),因而,该光阳极取患了2.5%的偏压转化效率(ABPE)。进一步研究发觉,无定形的TiO2-x不只充任了OEC催化剂的传染感动,并且又一次起到了不变又一次原态BiVO4光阳极的传染感动,从而完成了b- BiVO4/TiO2-x光阳极长久不变高效的水的裂解。相关研究功能以“Novel black-BiVO4/TiO2-x Photoanode with Enhanced Photon Absorption and Charge Separation for Efficient and Stable Solar Water Splitting”为题颁发于国际出名动力类期刊Advanced Energy Materials 2019DOI: 10.1002/aenm.201901287上海平博所田章留博士和复旦大学博士研究生张鹏飞为共同第一作者,上海平博所黄强盛研究员和中国科学院院士、复旦大学赵东元教授为共同通信作者。    

  上述研究工作获得国度重点研发筹算、国度天然科学基金、中国科学院和上海市科委等项方针赞助。  

b- BiVO4/TiO2-x光阳极能带布局示企图与光电化学特征和不变性 

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