中国学者半导体抗光腐蚀获进展,提高太阳能制氢光电转换效率

2020-09-28 科技日报

记者近日从内蒙古大学获悉,该校王蕾研究员带领的科研团队在半导体抗光腐蚀研究方面取得新进展,得到国家自然科学基金等多个项目的认可支持。

  记者近日从内蒙古大学获悉,该校王蕾研究员带领的科研团队在半导体抗光腐蚀研究方面取得新进展,得到国家自然科学基金等多个项目的认可支持。“钝化层助力BiVO4抗光腐蚀研究”的相关成果已于近日在国际化学期刊《德国应用化学》发表,将有助于提高太阳能制氢的光电转换效率。

  王蕾研究员介绍,新型洁净能源氢能素来是新能源的研究热点,光解水制氢是获得氢能的主要技术之一,而太阳能制氢转换效率是光解水主要性能指标。半导体较低的光吸收率和较高的载流子复合率是影响转换效率的首要因素,因此,如何提高光电转换效率是当前光电催化研究领域的重中之重。

  BiVO4半导体因具有2.4电子伏特的合适带隙宽度、良好的光吸收性能以及适合的低电位下进行水氧化的导带位置,成为太阳能光电催化制氢领域的重要材料之一。然而,BiVO4材料的电子与空穴相复合,严重影响了光生电荷传输,使其太阳能光电催化性能低于理论值;同时,也由于光腐蚀,使其无法适用长期光解水反应。通常的解决办法是采用表面助催化剂修饰,提高半导体电荷分离效率,抑制电荷二次复合,加速表面反应动力学。

  科研团队通过改善材料制备工艺以及恒电位光极化测试方法,有效提高了BiVO4活性及稳定性。研究表明,无表面助催化剂修饰下的BiVO4在间歇性测试下,可以达到100小时的稳定性,表现出超强的“自愈”特性。电化学测试显示,半导体表界面产生的钝化层和氧空位协助作用,有效减小了半导体电子与空穴复合,提高了表面水氧化动力学,从而抑制了光腐蚀。

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