华中科技大学陈蓉和单斌教授团队：低温原子层沉积法制备的高效光解水阳极材料获进展

【成果简介】

陈蓉和单斌教授领导的先进材料设计实验室以纳米结构赤铁矿（α-Fe₂O₃）为研究对象，采用低温原子层沉积法（low temperature ALD）在其表面沉积了超薄的非晶态CoOx，有效改善了氧化铁在水氧化半反应中的起始电位和光电转化效率。相关研究由杜纯博士作为第一作者以题为“Ultrathin CoOx-modified hematite with low onset potential for solar water oxidation”发表在Physical Chemistry Chemical Physics上。

【图文导读】

图1 原理示意图

图2 性能对比图

（a）光电流密度对比图

（b）量子转化效率对比图

【研究内容】

 在低碳发展和环境污染治理力度不断加大的背景下，我国能源结构的调整迫在眉睫。在众多可再生能源中，太阳能是唯一能在规模上与巨大能源需求相匹配的能源形式。然而，太阳光的昼夜变化和不稳定性给实际的应用带来了很大的挑战。理论上，这个问题可以通过光电化学池（Photoelectrochemical, PEC cell）光解水产氢来解决。高量子效率半导体吸光材料的制备和改性是加速光解水产氢大规模应用的关键。此前，半导体电极和表面助催化剂的复合体系常常面临着入射光和表面光生电压损失的问题。

该研究的材料表征结果表明，低温ALD制备的修饰层的主要成分CoOx/Co(OH)x亲水性强，有助于溶液的浸入，利于良好的半导体和电解质界面的形成。在光解水测试条件下，CoOx/Co(OH)x还能起到存储光生空穴的作用，同时可以促进氧化铁表面电荷的转移。此外，CoOx具有OER反应催化活性，能够降低表面反应势垒和半导体-电解质界面载流子转移的电阻，即可提高多电子参与的催化反应的总体动力学。

原文链接：http://www.materialssimulation.com/低温原子层沉积法制备的高效光解水阳极材料/

文献链接：Ultrathin CoOx-modified hematite with low onset potential for solar water oxidation (PHYS CHEM CHEM PHYS., 2017, DOI: 10.1039/c7cp01588g)

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