我校材能學院研究生在近紅外光電化學產氫方面取得重要進展

發(fā)表時間：2022-03-10

光電化學分解水是實現(xiàn)太陽能制氫的可行途徑，而提高制氫效率是目前相關研究的熱點與攻關方向。紅外光雖然占太陽能總能量50%，但受限于大部分半導體材料的帶隙寬度，其能量往往不能被有效利用而浪費。

利用紅外光實現(xiàn)光電化學分解水是提高產氫效率的可行策略。為此，我校材能學院20級研究生馬聯(lián)柯和19級本科生陳庭超等同學在導師馬信洲博士指導下，制備了NaGdF4:Yb3+,Er3+|BiVO4|Cu2O光陰極（圖1a）。首先通過水熱合成法制備了NaGdF4:Yb3+,Er3+納米晶體，用于將近紅外光轉換為具有更高能量的可見光。隨后通過電沉積將NaGdF4:Yb3+,Er3+納米晶體和BiVO4分散于Cu2O內。通過設計這樣的電極結構，由NaGdF4:Yb3+,Er3+納米晶體產生的可見光能被Cu2O有效吸收（圖1b）。而分散的BiVO4與Cu2O形成大量微區(qū)內建電場，實現(xiàn)高效光生載流子分離。光電化學測試結果表明復合光陰極對近紅外光有良好響應，產生的光電流密度比純的Cu2O增強了40倍，高達 -0.5 mA cm?2（圖1c）。

圖1 （a）NaGdF4:Yb3+,Er3+|BiVO4|Cu2O光電極的截面圖；（b）NaGdF4:Yb3+,Er3+|BiVO4和NaGdF4:Yb3+,Er3+|BiVO4|Cu2O的發(fā)光光譜與吸收光譜；（c）不同Cu2O基光電極的線性掃描伏安曲線。

該研究工作以“Yb3+, Er3+ co-doped NaGdF4/BiVO4 embedded Cu2O photocathodes for photoelectrochemical water reduction with near infrared light ”為題，在線發(fā)表于Applied Surface Science期刊（JCR一區(qū)，影響因子6.7）。馬聯(lián)柯為論文第一作者，陳庭超為第二作者，馬信洲博士為通訊作者，佛山科學技術學院為第一署名單位。 

     （材料科學與氫能學院）