西南大學(xué)材料與能源學(xué)部李長(zhǎng)明教授研究團(tuán)隊(duì)一直從事光分解水等新能源領(lǐng)域的研究。近日，以謝佳樂(博士后)為第一作者，李長(zhǎng)明教授指導(dǎo)并為通訊作者的科學(xué)論文，在納米能源領(lǐng)域頂尖期刊《Nano Energy》（期刊影響因子為11.553）上發(fā)表。
論文題為“Bi-functional Ferroelectric BiFeO3 Passivated BiVO4 Photoanode for Efficient and Stable Solar Water Oxidation”（鏈接：10.1016/j.nanoen.2016.10.048） ，在鐵電性BiFeO3薄層促進(jìn)BiVO4光陽極光電化學(xué)水分解方面取得突破性進(jìn)展。成功負(fù)移BiVO4電極的起始電位400 mV，提高了光電流密度4.4倍。同時(shí)，BiVO4/BiFeO3復(fù)合電極有良好的穩(wěn)定性，其性能還可由外電場(chǎng)調(diào)控BiFeO3自發(fā)極化方向進(jìn)一步提高。
光電化學(xué)水分解是一種最具潛力和可靠的光解水技術(shù)，其轉(zhuǎn)換效率高、裝置簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)氫氧分離。BiVO4是到目前為止最有希望的三元金屬氧化物光陽極半導(dǎo)體材料，其理論光電流密度可達(dá)7.5 mA cm-2；但受限于嚴(yán)重的表面電荷復(fù)合和緩慢的水氧化動(dòng)力學(xué)過程，實(shí)驗(yàn)上僅可達(dá)到理論值的13%。該研究創(chuàng)造性地將在室溫下具有鐵電性質(zhì)的BiFeO3用作修飾層，有效地起到了鈍化和催化兩種功能，可將電荷復(fù)合速率降低28倍，電荷轉(zhuǎn)移效率提高約4倍。BiFeO3的自發(fā)極化會(huì)導(dǎo)致BiVO4和BiFeO3界面能帶結(jié)構(gòu)的重整，調(diào)節(jié)其自發(fā)極化方向還可以提高/降低BiVO4/BiFeO3電極的性能，為光電化學(xué)水分解提供了一種新穎的調(diào)控方式。同時(shí)，該研究還發(fā)現(xiàn)了具有內(nèi)電場(chǎng)的半導(dǎo)體材料可作為一類新型的光電化學(xué)活性材料。
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