材料学院杨伟光老师的最新研究成果发表在著名期刊Nano Letters上

太阳能电解水制氢是太阳能转换技术中一种非常重要且具有巨大应用前景的技术。为了获得稳定且高效的光-氢转换(Solar-to-Hydrogen)性能,光电化学(photoelectrochemical, PEC)电极需要具有以下特征:有效的宽带光吸收,快速的电荷分离以及优异的稳定性。小禁带半导体化合物如Si和III-IV族化合物虽然具有高效光吸收和电荷分离性能,但是表面腐蚀和钝化却影响了它们的稳定性。N型半导体材料(如TiO2、Fe2O3、BiVO4、WO3等)由于具有好的化学稳定性,常被认为是最合适的光阳极材料。由于它们具有宽的禁带宽带和高的载流子捕获中心密度,这些因素限制了它们的光吸收效率和电荷分离效率。目前有两种方法用于提高光阳极材料中的电子-空穴对的分离效率:降低其晶体尺寸到其空穴扩散尺度;通过形貌和晶体学控制提高其载流子传输能力。然而,这两种方法均不同程度地受到它们的合成过程限制。

不同于以上两种提高光阳极材料的电荷分离方法,材料学院电子信息材料系杨伟光副研究员与美国威斯康星大学麦迪逊分校王旭东教授合作将铁电材料的自发极化性能用于分离N型半导体光电极材料中的电子-空穴对。设计并合成了TiO2-BaTiO3核壳结构的纳米线阵列。与TiO2纳米线阵列光阳极相比,该核壳结构材料将光电流密度提高了67%。通过材料结构学、光学、电学等表征手段以及理论计算证实了BaTiO3材料的自发极化性能对TiO2纳米线阵列材料中的光电子-空穴分离的贡献。上述研究成果近日以“Ferroelectric Polarization-Enhanced Photoelectrochemical Water Splitting in TiO2-BaTiO3 Core-Shell Nanowire Photoanodes”为题以第一作者在线发表于国际材料顶级期刊Nano Letters(2014年影响因子为13.59)上。

文章检索链接如下:?http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.5b03988


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