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51白菜网肖静冉&王博Chemical Engineering Journal:AlOOH修饰Ge-Ti共掺杂的α-Fe2O3光阳极实现光电化学水分解性能的连续增强

发布人:时间:2023-10-23浏览:

近日,51白菜网肖静冉(学术教授)、王博教授等人在光电催化水分解领域取得最新进展,该文章第一作者为51白菜网2021级硕士研究生李春晓。相关成果以“Successive performance enhancement on a Ge-Ti codoped α-Fe2O3 with AlOOH modification photoanode for photoelectrochemical water splitting”为题发表在国际知名学术期刊Chemical Engineering Journal上(中科院一区Top,影响因子:15.1)。

研究背景

α-Fe2O3是一种具有窄带隙和高稳定性的半导体材料作为光电化学(PEC)水分解的光阳极材料,受到了广泛关注。然而,目前其PEC性能存在两个主要障碍:电荷分离效率差和表面电荷转移缓慢。四价掺杂剂如TiSiGeSn已被用于通过充当电子供体来提高电导率,促进电荷转移。同时,改变α-Fe2O3光阳极的表面组成、钝化表面态、引入覆盖层和助催化剂也常用来降低α-Fe2O3光阳极对偏电位的依赖。单一策略对α-Fe2O3性能提升的作用有限,探索多种策略结合以达到协同提升性能的效果,是制备高效α-Fe2O3光阳极的关键。

成果介绍

本文通过掺杂和覆盖层的协同策略,着重解决Fe2O3光阳极PEC水分解反应中电荷分离效率差这一问题研究发现,Ge-Ti共掺杂和AlOOH修饰策略可以极大地提高α-Fe2O3光阳极的电荷分离效率。Ge-Ti共掺杂α-Fe2O3Ti掺杂提高导电性,Ge掺杂进一步增强电荷转移,两者协同抑制电荷复合。此外,AlOOH修饰可增强界面带弯曲,从而通过提高Fermi能级来增强电荷分离。进一步的,通过未掺杂α-Fe2O3的二次生长简称SGNiFeOx助催化剂的修饰,成功地调整了表面状态,降低了起始电位。通过Ge-Ti共掺杂、SGAlOOH改性和NiFeOx催化等协同作用α-Fe2O3基光阳极的性能进行了优化,在1.23 VRHE下光电流密度提高至3.46 mA cm-2,起始电位低至0.65 VRHE

该研究成果得到福建省自然科学基金面上项目、山东省自然科学基金青年项目、国家自然科学基金青年项目等项目的支持。

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146779


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