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我区基础研究在半导体氢能源研究方面取得新进展
发布时间：2022-03-16 09:23 来源：自治区科技厅基础研究处
近日，内蒙古大学化学化工学院王蕾教授团队在国际催化领域ACS Catalysis (IF:13.084)期刊上发表光电化学刻蚀技术实现太阳能中性电解液水分解研究论文“Interface-Confined Surface Engineering via Photoelectrochemical Etching toward Solar Neutral Water Splitting” ，该科研团队在半导体氢能源研究方面取得了新进展。
该研究得到国家自然科学基金、内蒙古杰青培育基金，内蒙古大学青年科技英才培育项目资助及内蒙古大学“骏马计划”引进人才启动基金等项目的支持。
钒酸铋(BVO)作为一种理想的光阳极，由于严重的光生载流子复合以及光腐蚀限制了其光电催化水分解(PEC)的应用。近年来，过渡金属氢氧化物(TMH)助催化剂能够提高BVO的水氧化动力学。然而，BVO与助催化剂之间的界面复合，限制了PEC的水氧化性能。另一方面，目前研究中碱性水分解会导致仪器设备的腐蚀和环境的污染。因此，为了避免碱性的工作环境，在温和的环境中实现高效、稳定的PEC水分解是极其重要的。该研究指出通过光电化学刻蚀技术去除中性条件下半导体与过渡金属氧化物的界面电荷重组，改善电荷转移路径，以实现CoMoO4-x/BVO光阳极在中性条件下的高效稳定运行。
科技团队发现半导体与助催化剂层之间存在着厚度为~2nm的非晶层，界面光生载流子大量复合，不利于电荷传输。经光电化学刻蚀处理，阻碍层消失，改善了电荷传输路径，降低半导体与助催化剂之间的表面复合；同时结晶性良好的过渡金属氧化物CoMoO4-x中产生更多的非晶相和缺陷，提高助催化剂活性位点。
在中性Na2SO4电解液里，科研团队通过光电化学刻蚀的A-CoMoO4-x/BVO在1.23VRHE电位下光电流密度为3.5mA cm-²；并且稳定性测试运行20h。这一结果表明光电化学刻蚀表面改性具有显著的优势，为在中性环境中设计具有优异PEC性能的光阳极体系提供了新的思路。
科研团队利用电化学测试手段表明，过渡金属氧化物CoOx在中性环境中提供了活性位点，使得光阳极具有优异的性能。腐蚀测试表征表明MoOx在中性条件下具有良好的抗腐蚀能力。MoOx作为钝化层，减少表面复合，同时保护半导体免受光腐蚀。