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我校化学化工学院王蕾教授团队在光电化学与腐蚀防护方面取得最新研究成果

近日,我校化学化工学院王蕾教授团队在半导体光电催化研究方面取得新进展,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 PhotoelectrochemicalEtching toward Solar Neutral Water Splitting”(论文链接:https://doi.org/10.1021/acscatal.1c05263)。我校化工学院硕士研究生任世杰(2021级)和孙茂(2019级)为论文共同第一作者,化学化工学院王蕾教授为独立通讯作者。

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。该文章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。

要点一:光电化学刻蚀技术对于CoMoO4-x/BVO的影响

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。

要点二:在中性条件下光电化学刻蚀CoMoO4-x/BVO的PEC活性及稳定性

在中性Na2SO4电解液里,经光电化学刻蚀的A-CoMoO4-x/BVO 在1.23 VRHE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。

要点三:CoOx与MoOx在中性环境中不同作用

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。

以上工作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。

通讯作者简介:王蕾,化学化工学院教授,博导,2018年12月在内蒙古大学化学化工学院独立开展工作,先后主持国家自然科学基金项目,内蒙古杰青培育项目,内蒙古大学青年科技英才培育项目及中科院兰州化物所特聘人才项目等。2020年入选内蒙古自治区草原英才工程,同年获得内蒙古大学乌可力优秀教师奖。在化学/材料领域等期刊发表论文70余篇。研究团队自2019年成立以来,已发表内蒙古大学第一单位SCI一区论文19篇,包括Angew. Chem. Int. Ed. (3篇)、Adv. Energy Mater.、Nano Energy、ACS Catal.(2篇)、Appl. Catal B(3篇)等,ESI高被引论文1篇。

课题组主页:https://www.x-mol.com/groups/imu_wanglei

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