蘭州化物所納米多孔結(jié)構(gòu)光陽極材料研究獲系列進展

光電催化分解水制氫可實現(xiàn)太陽能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，是獲得清潔能源的一個重要途徑。如何發(fā)展具有高效太陽能光電催化性能的半導(dǎo)體光陽極材料是實現(xiàn)太陽能清潔應(yīng)用的關(guān)鍵問題。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理有待于深入研究。

　　中國科學(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)光陽極材料研究領(lǐng)域取得新進展。

　　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），通過涂層焙燒法在FTO基底生長了孔徑在200至700 nm范圍內(nèi)可控的納米多孔結(jié)構(gòu)BiVO₄光陽極材料。對其光電催化分解水制氫進行研究，結(jié)果表明多孔結(jié)構(gòu)BiVO₄的孔徑為400nm時其可見光光電催化性能最佳。對其光學(xué)特性及光生載流子遷移進行研究，結(jié)果表明孔徑為400nm時該材料表現(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光陽極中有效傳輸，從而提高可見光吸收效率。此外，該陽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。

　　以上工作得到國家自然科學(xué)基金及中國科學(xué)院“百人計劃”等項目資助。

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