華東理工大學(xué)在人工光合成領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

最近，華東理工大學(xué)材料學(xué)院楊化桂教授課題組在人工光合成領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，研究成果以“設(shè)計(jì)介孔單晶氧化鐵驅(qū)動(dòng)高效太陽能分解水”為題，發(fā)表在納米材料領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威期刊《納米快報(bào)》上。據(jù)悉，這一研究成果有望為單晶陷光結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料的可控合成提供重要設(shè)計(jì)原則，并為太陽能轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)等相關(guān)領(lǐng)域功能材料（催化劑）的設(shè)計(jì)和制備提供理論依據(jù)。

氫氣是一種清潔、可再生的理想能源載體，借助光電化學(xué)分解水過程將太陽能高效穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換為氫能，是解決全球能源和環(huán)境問題最為理想的方式之一。研究表明，在這一轉(zhuǎn)換過程中，對(duì)光子的管理以及光生載流子的輸運(yùn)直接決定了光電化學(xué)分解水器件的能量轉(zhuǎn)換效率。然而，如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效光子管理和快速電荷傳輸仍是該領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)?！跋莨饨Y(jié)構(gòu)”可通過管理光子在材料內(nèi)部的光程從而提高光子捕集能力，“單晶材料”則可實(shí)現(xiàn)光生載流子的快速輸運(yùn)。因此，在“單晶材料”中引入“陷光結(jié)構(gòu)”以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效光子捕集和快速電荷輸運(yùn)，對(duì)可控構(gòu)建高效光電化學(xué)分解水器件具有重要的理論研究意義和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

楊化桂教授課題組采用氟化鈉作為配體，以氧化硅球的水溶膠為模板劑，首次通過結(jié)晶-蝕刻的方法可控制備了單晶陷光結(jié)構(gòu)氧化鐵。通過調(diào)控反應(yīng)體系內(nèi)氟離子與氧化硅球的摩爾比例，該課題組發(fā)現(xiàn)，較高濃度的緊密堆積氧化硅球?qū)⒆鳛檠趸F晶體生長(zhǎng)的成核中心；同時(shí)，體系內(nèi)較低濃度的氟離子將控制氧化鐵晶體的生長(zhǎng)速率，從而可控制備出單晶陷光結(jié)構(gòu)。因介孔單晶氧化鐵高效的光子管理和電荷輸運(yùn)能力，以該材料作為光電化學(xué)分解水器件的光陽極時(shí)，其光電流是實(shí)心氧化鐵光陽極的20倍，從而大幅度提升了光電化學(xué)器件的能量轉(zhuǎn)換效率。

（Grace）