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辽宁省太阳能光电催化分解水制氢研究取得新进展

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  近日,由科技部973项目和国家自然科学基金重大项目支持的,中国科学院大连化学物理研究所李灿院士研究团队承担的“太阳能光电催化分解水制氢”研究取得新进展。在以五氮化三钽为基础的半导体光阳极研究中,发现“空穴储存层”电容效应,获得了高效稳定的太阳能光电化学分解水体系,相关研究成果发表在《德国应用化学》杂志上。

  光电催化分解水制氢是利用太阳能制备燃料的理想途径之一,近半个世纪以来,各国科学家们致力于发展高效、稳定的太阳能光电催化分解水体系。当前,以五氮化三钽材料为代表的宽光谱捕光的窄带隙半导体光阳极,是国际太阳能光电催化制氢领域的主攻体系之一。但该体系易受光腐蚀,解决其稳定性是本领域的挑战课题。

  李灿院士研究团队经过研究,在光阳极表面组装水和氧化铁层,在保持光电催化水氧化高效率前提下,发现其稳定性可由几分钟提高到数小时,甚至工作十余小时后也未见明显衰退,这是目前世界上报道的最高稳定性的五氮化三钽分解水光阳极体系。研究发现五氮化三钽表面水和氧化铁层具有电容的空穴储存能力,它可将五氮化三钽中光激发形成的光生空穴快速转移、高效储存,使半导体免于光腐蚀氧化,从而数量级提高了光阳极的稳定性。在国际上提出了光电催化“空穴储存层”的概念,这为进一步设计构筑高效稳定的太阳能转化体系提供了新的思路和策略。

(来源:辽宁省人民政府网站)

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