【AM寧波材料所建所20周年專刊】粒子型光電極在光電催化水分解中的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
光電解水技術(shù)作為一種清潔能源轉(zhuǎn)換方式，對(duì)于應(yīng)對(duì)全球能源短缺和環(huán)境惡化具有重要意義。目前，開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異能帶特性的新型半導(dǎo)體復(fù)合材料，精確調(diào)控材料的微觀結(jié)構(gòu)和表面特性，優(yōu)化光電極的能帶結(jié)構(gòu)，提升光電極的吸光效率，改善電荷在光電極內(nèi)部的遷移效率以及在光電極/電解質(zhì)界面的傳輸和分離效率，增強(qiáng)催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)性能，同時(shí)降低材料成本、簡(jiǎn)化器件結(jié)構(gòu)，是推動(dòng)光電解水（PEC）技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵。
近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所人工光合成與能源催化團(tuán)隊(duì)一直致力于開(kāi)發(fā)新型多元氧化物半導(dǎo)體材料，并專注于粒子型光電陽(yáng)極的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。該團(tuán)隊(duì)在Advanced Materials上發(fā)表了題為“Particle-based Photoelectrodes for PEC Water Splitting: Concepts and Perspectives”的綜述文章（原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202311692）。
文中，作者深入探討了PEC水分解技術(shù)的原理，并綜合評(píng)述了設(shè)計(jì)和制造粒子型光陽(yáng)極以實(shí)現(xiàn)高效綠色氫氣生產(chǎn)的策略。文章分析了多種半導(dǎo)體材料的粒子尺寸、形狀、組成、形態(tài)和表面改性等因素對(duì)光陽(yáng)極性能和穩(wěn)定性的影響，概述了多種粉末的合成技術(shù)及光電陽(yáng)極的組裝工藝，探討了光電陽(yáng)極材料開(kāi)發(fā)的最新進(jìn)展和面臨的挑戰(zhàn)，并提出了采用新型結(jié)構(gòu)和異質(zhì)結(jié)等策略，以進(jìn)一步提升光電陽(yáng)極的性能與穩(wěn)定性。
寧波材料所劉德宇副研究員為論文第一作者，況永波研究員為論文通訊作者。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（22379153）、國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（21905288）、寧波市科技計(jì)劃重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2023Z147）、寧波材料所所長(zhǎng)基金青年項(xiàng)目（2021SZKY0306）、寧波材料所春蕾人才等項(xiàng)目的資助。
光陽(yáng)極光電解水工作原理示意圖
粒子型光電極制備方法原理示意圖
（氫能與儲(chǔ)能材料技術(shù)實(shí)驗(yàn)室）
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