Advanced Energy Materials:太阳能分解水中的“多面体”——析氧催化剂

利用半导体材料作为电极进行太阳能分解水是清洁产氢的有效方法。然而,目前常用的半导体材料如α-Fe2O3、BiVO4受缓慢的析氧反应(OER)动力学等因素的影响,限制了水分解的速率和效率。改进OER动力学的常用方法是引入析氧催化剂(OEC)。但是,目前关于OEC与半导体衬底之间相互作用的了解有限,关于OEC对光催化分解水的作用仍存有争议。但在过去的五年中,人们对其界面复杂的过程的理解取得了重大的进展。

近期,清华大学的张继方博士和帝国理工的Salvador Eslava博士等针对过渡金属氧化物光阳极上的析氧催化剂在太阳能分解水过程中所起的作用进行了一些探讨,旨在对电催化剂与半导体之间的相互作用提供深刻的见解。该综述发表在Advanced Energy Materials上。

该综述文章首先探讨了光阳极上的电催化剂对OER的复杂作用,从能量角度如表面能带结构、电催化剂的空穴存储能力和直接催化作用三个方面分析。为了更好地研究这些复杂作用,先进的表征技术是不可或缺的。接下来,作者介绍了一些研究空穴动力学的表征技术及其发展过程,并揭示了不同的表征方法之间存在的共性。有了前文的基础理论和表征技术,作者分析了影响OEC修饰的半导体光阳极性能的因素,包括OEC的成分、含量、电导率等以及半导体材料的表面态和制备方法等方面的影响。最后,作者以金属羟基氧化物作为OEC为例分析其在光催化分解水中起的作用,特别研究了NiFeOx中的Fe原子和Ni原子。最后进一步分析了如何对OEC进行合理的设计和改性。作者相信对光电极的运作机理认知的加深会极大促进光电化学水分解技术的快速发展

论文信息:

Oxygen Evolution Catalysts at Transition Metal Oxide Photoanodes: Their Differing Roles for Solar Water Splitting

Jifang Zhang  Junyi Cui  Salvador Eslava

Advanced Energy Materials

DOI:10.1002/aenm.202003111