制造由 (110) 导向单晶组成的血光电极
Haipeng Zhang1, Yujie He2, Xiaolei Bao1
1State Key Laboratory of Crystal MaterialsShandong University, Jinan, 250100, P. R. China.
ChemSusChem
|July 28, 2023
概括
合成了高度结晶的α-铁氧化物 (α-Fe2O3) 光解极,以提高光电化学 (PEC) 性能. 添加酸催化剂进一步提高了效率,证明了太阳能转换的有前途方法.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 可再生能源可再生能源是可再生能源.
背景情况:
- 黑马 (α-Fe2O3) 是一个有前途的光电极材料,用于太阳能水分裂,因为它的丰富性和合适的带结构.
- 提高电荷分离效率和界面电荷转移是提高α-Fe2O3光电化学 (PEC) 性能的关键挑战.
- 控制晶体方向和最小化粒度边界可以显著影响半导体光电极的电子特性和性能.
研究的目的:
- 通过简单的热水方法合成高度晶体的 (110) 导向的α-Fe2O3单晶.
- 通过受控合成和表面修饰,提高α-Fe2O3光电极的光电化学性能.
- 研究酸 (Co-Pi) 水氧化催化剂对制造的α-Fe2O3光电极的PEC性能的影响.
主要方法:
- 用特定的添加剂 (C4MimBF4) 和反应时间来控制 (110) 定向的α-Fe2O3单晶的热水合成.
- 对合成的α-Fe2O3进行脱水处理以产生Fe-25A.
- 在Fe-25A光电极上沉积酸 (Co-Pi) 水氧化催化剂.
- 光电化学测量,包括光电流和事件光子到电流转换效率 (IPCE) 分析.
主要成果:
- Fe-25A光电极由高度结晶 (110) 导向的α-Fe2O3单晶组成,具有较小的粒边界,显著改善了电荷分离和PEC性能.
- Fe-25A在380nm (1.23V与RHE) 达到了1.34mAcm-2的光电流密度和31.95%的IPCE.
- 在Fe-25A (Fe-25A/Co-Pi) 上加入Co-Pi催化剂进一步提高了PEC性能,产生2.67mA cm-2的光电流和380nm的IPCE为50.8%,与Fe-2A/Co-Pi相比分别增加3.67倍和2.39倍.
结论:
- 一种简单的热水制造方法可以制造高效的α-Fe2O3光电极,具有首选的 (110) 定向和高晶度.
- 优化的α-Fe2O3光电极表现出增强的电荷分离和接口接触,从而提高了PEC性能.
- 与Co-Pi催化剂的协同效应显著提高了α-Fe2O3光电极的氧化水活性,突出了它们在太阳能应用中的潜力.
