光电催化水氧化表面机制及调控

【作者】 陈春城； 章宇超； 盛桦； 籍宏伟； 马万红； 赵进才；

【机构】 中国科学院化学研究所；

【摘要】 水氧化的半反应是水分解反应的决速步骤,是利用太阳能分解水制氢的瓶颈。因此,近年来越来越多的研究开始关注水氧化反应。利用光电化学实现水的全分解是水分解领域的研究热点。α-Fe₂O₃被认为是一种很有潜力的水氧化光阳极半导体材料,但是目前α-Fe₂O₃光阳极材料能达到的活性与其理论值相比还相差很远。主要原因在于:1、α-Fe₂O₃的电荷分离效率低;2、表面反应速率低。为了解决上述两个问题,我们对α-Fe₂O₃材料进行了改性,并对α-Fe₂O₃表面水氧化的质子耦合电荷转移机理进行了深入研究。主要内容如下:1.成功制备了磷掺杂α-Fe₂O₃光阳极,并使其活性达到了3.1mA/cm2。2、结合动力学同位素和电化学阻抗谱实验证明了在低p H下α-Fe₂O₃表面水氧化的过程是耦合的质子电子转移过程,决速步骤中包含氧氢键的断裂。水作为质子受体,其较弱的接受质子的能力是导致光电活性差的主要原因之一,因此可以通过加入更强的质子受体来增加光电活性。更多还原