我校材能學(xué)院研究生在近紅外光電化學(xué)產(chǎn)氫方面取得重要進(jìn)展

發(fā)表時(shí)間：2022-03-10

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

利用紅外光實(shí)現(xiàn)光電化學(xué)分解水是提高產(chǎn)氫效率的可行策略,。為此,，我校材能學(xué)院20級(jí)研究生馬聯(lián)柯和19級(jí)本科生陳庭超等同學(xué)在導(dǎo)師馬信洲博士指導(dǎo)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(zhuǎn)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(nèi),。通過設(shè)計(jì)這樣的電極結(jié)構(gòu),，由NaGdF4:Yb3+,Er3+納米晶體產(chǎn)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(nèi)建電場,，實(shí)現(xiàn)高效光生載流子分離,。光電化學(xué)測試結(jié)果表明復(fù)合光陰極對(duì)近紅外光有良好響應(yīng)，產(chǎn)生的光電流密度比純的Cu2O增強(qiáng)了40倍,，高達(dá) -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(xué)技術(shù)學(xué)院為第一署名單位,。 

     （材料科學(xué)與氫能學(xué)院）