掀秘光电催化新策略：概况极化与晶里结耦开效应提降CuGaO2光阴极功能 – 质料牛

一、掀秘新策效 【导读】  

比去多少年去，光电O光功随着人们对于可延绝战净净能源的催化需供日益增强，氢能做为一种有后劲交流化石燃料的略概里结能源而备受凝望。正在泛滥氢气斲丧足艺中，况极光电化教（Photoelectrochemical Cells,化晶 PECs）分解水制氢足艺果其操做太阳能将水份化为氢气战氧气而受到普遍的闭注。可是耦开，该足艺的提降太阳能至氢能（Solar-to-hydrogen，STH）转换效力很小大水仄上受制于光电极外部光去世电子-空穴对于的阴极复开与传输。光电极质料的质料低维纳米化使其呈现出小大比概况积战特意物理效应等。那些特色战效应使光电极具备更下的掀秘新策效概况活性、吐露更多的光电O光功活性位面、减小的催化载流子传输距离；愈减尾要的是相闭的特意物理效应是真现光去世电子-空穴对于的实用分足战快捷传输的实用蹊径。

二、【功能掠影】

远期，况极昆明理工小大教质料科教与工程教院赵宗彦教授团队与北京小大教情景质料与再去世能源钻研中间邹志刚院士团队开做，经由历程一锅水热法细练分解了具备花状分级挨算的CuGaO₂微球，以其构建的简朴裸光阴极正在整偏偏压下的光电流稀度为32 μA/cm²，IPCE峰值抵达12.72%。那一下场突出了将纳米尺度的概况极化效应与微米尺度的晶里结效应耦开以真现光去世电子-空穴对于的实用分足战快捷传输的尾要性。相闭论文以题为：Boosting carrier separation and transport in CuGaO₂ photocathodes by coupled effects of surface polarization and facet-junction宣告正在Chemical Engineering Journal上。

 三、【中间坐异面】

坐异面1：由于铜铁矿（Delafossite）准两维层状的晶体挨算特色，水热法制备的CuGaO₂可经由历程OA睁开机制组成六圆片层状形貌。那些六圆片的不开晶里由于极性好异，可能约莫分说吸附H⁺或者OH^-，经由历程静电自组拆组成不开形貌的纳米质料。经由历程调控水热法制备工艺中先驱液的pH值，钻研团队乐成患上到了单分说纳米片、交织纳米片战花状微纳分级挨算的CuGaO₂光阴极质料。

坐异面2：三种形貌的CuGaO₂光阴极质料的根基机闭单元皆是[001]与背择劣的六圆纳米片，该晶里呈现出赫然的概况极化效应，极小大天增长光去世载流子的快捷传输。钻研收现，纳米片的薄度越小，概况极化产去世的内建电场越强；而纳米片的宽度越小大，概况极化效应的贡献越为突出。因此，CuGaO₂光阴极的光电流稀度与纳米片的（宽度/薄度）比值接远成线性关连。

坐异面3：正在花状微纳分级挨算的CuGaO₂光阴极质料中，不开纳米片之间组成(012)/(001)战(101)/(001)晶里结，两种界里的能带对于齐呈现出远似II型同量挨算的特色，颇为有利于光去世电子-空穴对于的空间同背分足。

 四、【数据概览】

图1. (a) 具备无开微纳分级挨算形貌的CuGaO₂的睁开机制示诡计。三种典型形貌CuGaO₂样品的：(b)-(d) SEM图像、(e) 0 V_RHE下的j-t直线、(f) PL光谱、(g)TRPL衰变直线、(h) SPV光谱。正在先驱液pH值为7.五、9.5战11条件分解的样品分说标注为CGO-7.五、CGO-9.5战CGO-11。

图2. (a) [001]标的目的与背择劣睁开的CuGaO₂纳米片的睁开机制示诡计；(b) 溶剂中不开乙醇比例的水热产物的CuGaO₂纳米片形态演化。(c) 制备的系列CGO-x%（x = 0, 20, 40, 60, 80, 100；x%展现乙醇与往离子水的比例）样品的XRD测试下场；CGO-60%样品的：(d) SEM图像、(f) TEM图像、(g) HR-TEM图像。(e) CGO-x%样品的尺寸、纵横比与乙醇比例的关连；(h) 0.4 V_RHE偏偏压下CGO-x%样品的的j-t直线。

图3. (a) 铜铁矿CuGaO₂的失调形态下的晶体形貌，(b) 花状分级挨算CuGaO₂微球增强PEC功能的机理示诡计，(c) CuGaO₂的三个晶里战体相总态稀度比力，(d) CuGaO₂的三个晶里战体相的能带对于齐 

五、【功能开辟】

上述收现为下效光电极质料的劣化设念提供了新的视角战策略：操做构建基元的各背异性战静电熏染感动，经由历程水热法工艺调控可能利便天制备自组拆分极挨算；纳米尺度的概况极化效应与微米尺度的晶里结效应之间的耦开极小大天增长了光去世电子-空穴对于的实用分足战快捷传输。

本文概况：

第一做者：李嘉琦

通讯做者：赵宗彦、冯建怯

通讯单元：昆明理工小大教、北京小大教

论文DOI：10.1016/j.cej.2024.148852

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724003371

本文由赵宗彦课题组供稿