锐钛矿表面金红石化:二氧化钛电极中电子快速通道的桥接和围护

 TiO2纳米结构电极广泛应用于光伏发电、能量存储和转化等半导体(光)电化学体系。其中,电子在半导体电极中的传输是决定半导体(光)电化学体系性能的关键因素。而电荷传输主要受制于电极中界面散射和带隙间的电子势阱浓度。通常,由于受到纳米结构单元界面间散射的影响,电子在锐钛矿TiO2纳米结构电极中的迁移率仅为块体材料的万分之一。因此,改善电极中纳米结构单元间的电荷转移是提高TiO2纳米结构电极电荷传输性能的有效途径。

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新加坡南洋理工大学的研究人员在考察金红石和锐钛矿的性质差异中发现,电荷在金红石TiO2纳米结构颗粒间的转移较锐钛矿相容易。在此基础上,他们又研究了电荷在金红石和锐钛矿相纳米结构之间的转移,发现只要有金红石相的存在,都可以使颗粒间的电荷转移变得更加容易。而在TiO2纳米结构内部,锐钛矿相则具有更高的迁移率和电荷扩散系数。为了减少电荷在金红石相内部的传输,提高总的电荷传输性能,该课题研究人员对锐钛矿TiO2纳米结构进行表面金红石化,由此来改善锐钛矿颗粒间的电荷转移性能。此外,研究人员还发现金红石相的TiO2具有较高的导带能级,因此,该纳米构筑电极还可以减少半导体(光)电化学体系运作过程中的电荷泄漏,提高电荷收集效率。相关论文在线发表在Advanced Functional  Materials(DOI: 10.1002/adfm.201504105)上。

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