蘭州化物所納米多孔結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極材料研究獲系列進(jìn)展

光電催化分解水制氫可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，是獲得清潔能源的一個(gè)重要途徑。如何發(fā)展具有高效太陽(yáng)能光電催化性能的半導(dǎo)體光陽(yáng)極材料是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能清潔應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。納米多孔半導(dǎo)體材料因其較高的比表面積、良好的光吸收等優(yōu)異性能，在太陽(yáng)能光電催化研究領(lǐng)域備受關(guān)注，然而納米多孔材料的光吸收及其光電催化作用機(jī)理有待于深入研究。

　　中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員畢迎普帶領(lǐng)的能源與環(huán)境納米催化材料組在半導(dǎo)體納米多孔結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極材料研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。

　　該課題組在前期鉍系半導(dǎo)體納米材料可控構(gòu)建及其光電催化性能研究基礎(chǔ)上（J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 19702; Chem Commun, 2015, 51, 2103; ACS Appl. Mater. Inter, 2014, 6, 19488; Chem Eur J, 2013, 19, 9472等），通過(guò)涂層焙燒法在FTO基底生長(zhǎng)了孔徑在200至700 nm范圍內(nèi)可控的納米多孔結(jié)構(gòu)BiVO₄光陽(yáng)極材料。對(duì)其光電催化分解水制氫進(jìn)行研究，結(jié)果表明多孔結(jié)構(gòu)BiVO₄的孔徑為400nm時(shí)其可見光光電催化性能最佳。對(duì)其光學(xué)特性及光生載流子遷移進(jìn)行研究，結(jié)果表明孔徑為400nm時(shí)該材料表現(xiàn)出優(yōu)異的多孔光學(xué)衍射及干涉作用，有利于可見光在多孔結(jié)構(gòu)BiVO₄光陽(yáng)極中有效傳輸，從而提高可見光吸收效率。此外，該陽(yáng)極材料的納米多孔結(jié)構(gòu)有利于光生電荷快速分離，并且遷移至表面的光生空穴較易與H₂O發(fā)生氧化反應(yīng)。該研究結(jié)果證實(shí)合理調(diào)控半導(dǎo)體孔徑可作為一種有效方法用于提高半導(dǎo)體光電催化分解水性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nanoscale（Nanoscale, 2015, 7, 20374）上。

　　以上工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金及中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”等項(xiàng)目資助。

多孔結(jié)構(gòu)和粉末結(jié)構(gòu)BiVO₄光陽(yáng)極材料光電催化機(jī)理示意圖