寫稿
投稿
從中國科學技術大學獲悉，該校俞書宏院士團隊基于窄帶隙半導體材料設計了一種具有近紅外活性的晶格匹配光陽極材料。開發(fā)的異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出優(yōu)異的光電化學制氫性能。相關成果日前發(fā)表在《自然?通訊》上。
太陽能直接轉(zhuǎn)化為化學燃料提供了一種儲存可再生能源的方法。然而，光電化學制氫的實際應用仍因其能量轉(zhuǎn)換效率低而受到阻礙。目前，越來越多的半導體可以用作光陽極材料。然而，這些半導體通常具有較寬的帶隙，這將它們的光譜吸收范圍限制在紫外和可見光區(qū)域。然而，紅外光約占太陽能的 50%。因此，將材料的光譜吸收范圍擴展到紅外區(qū)域?qū)⒋蟠筇岣咂骷男省?/span>
窄帶隙半導體具有吸收近紅外光譜的能力。然而，窄帶隙半導體中的電子-聲子相互作用會縮短光生載流子的壽命，從而降低催化劑表面光生空穴的濃度，從而降低表面氧化反應的概率。迄今為止，近紅外光活性光陽極的光電轉(zhuǎn)換效率（IPCE）一直難以提高。
研究人員設計了一種具有晶格匹配形態(tài)異質(zhì)結(jié)的三元合金基光陽極。電極的光譜吸收范圍擴大到1100納米，提高了光電化學制氫的能量轉(zhuǎn)換效率。晶格匹配形貌異質(zhì)結(jié)避免了晶格失配的影響，減少了界面缺陷的存在，有利于降低光生載流子的復合速率。實驗證明異質(zhì)結(jié)的存在提高了光生載流子的分離效率，從而延長了載流子的壽命。因此，在近紅外光下，該材料的光電陽極的IPCE和光電流密度均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
本研究提出了一種具有近紅外活性的形態(tài)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建策略。通過將窄帶隙半導體的優(yōu)勢整合到晶格匹配形貌異質(zhì)結(jié)中，為設計有效的近紅外光電化學器件提供了新的可能性。
