通過消除表面復(fù)合中心獲得高效Ta_3N_5太陽能分解水光陽極

【摘要】：氫能被認(rèn)為是未來人類社會一種非常有潛力的清潔能源載體。自1972年日本學(xué)者Fujishima等人發(fā)現(xiàn)TiO2光電極在紫外光照射下可以分解水制氫以來[1],大量的研究集中在提高光電極的太陽能轉(zhuǎn)換效率[2]。理論而言,分解水所需外加偏壓為1.23V,考慮到過電位和電阻等損失,單個半導(dǎo)體的帶隙至少1.8eV,才能實現(xiàn)純水分解,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)寬于太陽能利用的最優(yōu)帶隙1.2~1.4eV。雙光子電池通過把p型光陰極與n型光陽極串聯(lián)可以客服這一限制。這種雙光子電池的光電流由兩個電極中光電流較低的光電極決定。目前,一些有希望的可見光響應(yīng)光陽極材料,如WO3[3]、Fe2O3[4]和BiVO4[5]等,其飽和太陽光電流都低于4 mA/cm2,遠(yuǎn)低于光陰極的光電流(~30mA/cm2)[6]。因此,光陽極上的水氧化過程是光電化學(xué)分解水制氫的限制步驟和瓶頸,如何獲得具有高太陽光電流的光陽極是實現(xiàn)高效太陽能分解水的核心問題。在本研究中[7],我們發(fā)現(xiàn)表面偏析相作為光生電子復(fù)合中心,嚴(yán)重限制了半導(dǎo)體材料的光電化學(xué)性能,通過表面熱剝離或機械剝離的方法(見圖-1),使Ta3N5光陽極太陽光電流達(dá)到5.5 mA cm-2@1.23 VRHE,為所有Ta3N5光陽極中的世界最高值,這種思路也為提高其他光電極性能提供重要參考。 【作者單位】：南京大學(xué)物理學(xué)院,環(huán)境材料與再生能源研究中心
【關(guān)鍵詞】：太陽能分解水制氫 TaN光陽極 表面復(fù)合
【分類號】：O646.54
【正文快照】： 通過消除表面復(fù)合中心獲得高效Ta_3N_5太陽能分解水光陽極@羅文俊$南京大學(xué)物理學(xué)院,環(huán)境材料與再生能源研究中心 @鄒志剛$南京大學(xué)物理學(xué)院,環(huán)境材料與再生能源研究中心氫能被認(rèn)為是未來人類社會一種非常有潛力的清潔能源載體。自1972年日本學(xué)者Fujishima等人發(fā)現(xiàn)TiO2光電

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