在半导体光电极上的工程单原子Ni-N4-O位点用于高性能光电化学水分
Xiaomeng Zhang1, Panlong Zhai1, Yanxue Zhang2
1State Key Laboratory of Fine Chemicals, School of Chemical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, P. R. China.
Journal of the American Chemical Society
|November 16, 2021
概括
设计的原子分散 Ni-N4-O 位点显著提高光电化学水分裂性能. 这项突破通过改善电荷传输和实现创纪录的光电流密度来提高太阳能转换.
科学领域:
- 材料科学
- 电化学
- 可再生能源
背景情况:
- 直接光电化学 (PEC) 水分为太阳能转换提供了一个有前途的途径.
- 提高PEC性能受到内在电荷传输效率的严重限制.
- 有效的电荷分离和转移对于优化PEC水分离至关重要.
研究的目的:
- 为设计原子分散的Ni-N4-O站点开发一种新的合策略.
- 改善光生成电子孔分离并增强PEC活动.
- 创建一个稳定高效的光电极,
主要方法:
- 在氧化演化共催化剂 (OEC) 和半导体光电极 (BiVO4) 之间加入原子分散的Ni-N4-O位点.
- 使用X射线吸收细结构 (XAFS) 分析进行表征.
- 使用密度函数理论 (DFT) 计算的理论研究.
主要成果:
- 设计的OEC/Ni-N4-O/BiVO4光电极在1.23V与RHE相比实现了6.0mA cm-2的记录光电密度.
- 光电流密度大约是原始BiVO4的3.97倍.
- 该光电极表现出卓越的长期光稳定性.
结论:
- 单原子Ni-N4-O部分促进了孔转移并加速了反应动力学.
- 这种工程结构有效地减少了水分的自由能量障碍.
- 这项研究提供了一个有效的途径,用于设计高效和稳定的PEC水分裂光电极.


