記者近日從內蒙古大學獲悉,該校王蕾研究員帶領的科研團隊在半導體抗光腐蝕研究方面取得新進展,得到國家自然科學基金等多個項目的認可支持。“鈍化層助力BiVO4抗光腐蝕研究”的相關成果已于近日在國際化學期刊《德國應用化學》發表,將有助于提高太陽能制氫的光電轉換效率。

王蕾研究員介紹,新型潔凈能源氫能素來是新能源的研究熱點,光解水制氫是獲得氫能的主要技術之一,而太陽能制氫轉換效率是光解水主要性能指標。半導體較低的光吸收率和較高的載流子復合率是影響轉換效率的首要因素,因此,如何提高光電轉換效率是當前光電催化研究領域的重中之重。

BiVO4半導體因具有2.4電子伏特的合適帶隙寬度、良好的光吸收性能以及適合的低電位下進行水氧化的導帶位置,成為太陽能光電催化制氫領域的重要材料之一。然而,BiVO4材料的電子與空穴相復合,嚴重影響了光生電荷傳輸,使其太陽能光電催化性能低于理論值;同時,也由于光腐蝕,使其無法適用長期光解水反應。通常的解決辦法是采用表面助催化劑修飾,提高半導體電荷分離效率,抑制電荷二次復合,加速表面反應動力學。

科研團隊通過改善材料制備工藝以及恒電位光極化測試方法,有效提高了BiVO4活性及穩定性。研究表明,無表面助催化劑修飾下的BiVO4在間歇性測試下,可以達到100小時的穩定性,表現出超強的“自愈”特性。電化學測試顯示,半導體表界面產生的鈍化層和氧空位協助作用,有效減小了半導體電子與空穴復合,提高了表面水氧化動力學,從而抑制了光腐蝕。(記者張景陽 通訊員胡紅波)