光催化分解水制氢技术是可以将太阳光能转化为氢能的重要手段,这一种新能源技术极具发展前途。Fe2O3是一种优良的半导体材料,它具有合适的禁带宽度(~2.1 eV),可以吸收太阳光谱中大部分的可见光,并且其化学性能稳定,来源广泛,价格低廉,因此,它作为光电阳极材料被广泛研究。但是,Fe2O3也有一些缺点,例如,导电性能差,光生空穴传输距离短(2-4 nm)等,这些限制因素导致其光生载流子的利用率低,严重地阻碍了Fe2O3的应用。
天津大学化工学院的巩金龙教授及其团队,利用原子层沉积技术(Atomic Layer Deposition, ALD)巧妙地在FTO基底和Fe2O3纳米棒阵列之间引入一层TiO2薄层,继而利用高温焙烧的方法激发TiO2夹层中的Ti元素对Fe2O3进行掺杂,提高了Fe2O3的导电性。最后,继续在Fe2O3纳米棒上引入分枝结构,增大其表面积,从而获得了更高的光生载流子利用效率。(Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201705772)
文章通过引入一层TiO2夹层的简单方法,不仅抑制了Fe2O3光电阳极在基底和Fe2O3之间的界面复合,而且增强了其体相的导电性,有效地提高了Fe2O3的光生载流子利用效率。在AM 1.5G模拟太阳光下,所制备的Fe2O3光电阳极,附加1.23 V(vs. RHE)偏压,进行水氧化反应的光电流可达2.5 mA cm-2,负载FeOOH作为助催化剂之后,其光电流进一步提升至3.1 mA cm-2。
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