钒酸铋半导体-催化剂体系应用于光电化学分解水制氢的突破

许昌大学新材料与能源研究所杨晓刚教授和郑智教授共同指导硕士生李磊研究钒酸铋半导体-催化剂体系在光电化学分解水制氢中的应用。通过调整半导体和催化剂的结构和负载，从理论和实验相结合的角度分析了界面电荷分离现象。相关结果日前发表在英国皇家化学学会旗舰期刊《化学科学》上。

利用太阳光在半导体表面进行光电化学反应被认为是最有前途的能量收集和储存方法之一。而半导体-催化剂-水界面的电荷分离和转移过程非常缓慢，是速率控制步骤。研究它们之间界面的电荷富集效应对提高光电转换效率具有重要意义。目前，瞬态表面光电压法可以定性地研究电荷的分离和复合速率，但仍然没有有效的定量方法来研究催化剂与半导体之间的协同作用。

本研究以常见的N型掺钼钒酸铋半导体为例，在其表面沉积掺铁氧化镍超薄纳米片催化剂。利用瞬态表面光电压技术研究了界面电荷的积累-衰减行为。理论模拟证明该催化剂不仅能加速表面反应，还能在半导体表面储存光生电荷。这种存储机制增加了表面电荷积累，延长了电荷寿命，促进了电荷转移，实现了水的光电化学分解的显著提高。研究结果为光电或光伏器件的优化提供了成功案例。

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