西南大學材料與能源學部李長明教授研究團隊一直從事光分解水等新能源領(lǐng)域的研究。近日，以謝佳樂(博士后)為第一作者，李長明教授指導并為通訊作者的科學論文，在納米能源領(lǐng)域頂尖期刊《Nano Energy》（期刊影響因子為11.553）上發(fā)表。
論文題為“Bi-functional Ferroelectric BiFeO3 Passivated BiVO4 Photoanode for Efficient and Stable Solar Water Oxidation”（鏈接：10.1016/j.nanoen.2016.10.048） ，在鐵電性BiFeO3薄層促進BiVO4光陽極光電化學水分解方面取得突破性進展。成功負移BiVO4電極的起始電位400 mV，提高了光電流密度4.4倍。同時，BiVO4/BiFeO3復合電極有良好的穩(wěn)定性，其性能還可由外電場調(diào)控BiFeO3自發(fā)極化方向進一步提高。
光電化學水分解是一種最具潛力和可靠的光解水技術(shù)，其轉(zhuǎn)換效率高、裝置簡單、可實現(xiàn)氫氧分離。BiVO4是到目前為止最有希望的三元金屬氧化物光陽極半導體材料，其理論光電流密度可達7.5 mA cm-2；但受限于嚴重的表面電荷復合和緩慢的水氧化動力學過程，實驗上僅可達到理論值的13%。該研究創(chuàng)造性地將在室溫下具有鐵電性質(zhì)的BiFeO3用作修飾層，有效地起到了鈍化和催化兩種功能，可將電荷復合速率降低28倍，電荷轉(zhuǎn)移效率提高約4倍。BiFeO3的自發(fā)極化會導致BiVO4和BiFeO3界面能帶結(jié)構(gòu)的重整，調(diào)節(jié)其自發(fā)極化方向還可以提高/降低BiVO4/BiFeO3電極的性能，為光電化學水分解提供了一種新穎的調(diào)控方式。同時，該研究還發(fā)現(xiàn)了具有內(nèi)電場的半導體材料可作為一類新型的光電化學活性材料。
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