华东理工大学在人工光合成领域取得重要进展

华东理工大学在人工光合成领域取得重要进展

最近，华东理工大学材料学院杨化桂教授课题组在人工光合成领域取得重要进展，研究成果以“设计介孔单晶氧化铁驱动高效太阳能分解水”为题，发表在纳米材料领域国际权威期刊《纳米快报》上。据悉，这一研究成果有望为单晶陷光结构半导体材料的可控合成提供重要设计原则，并为太阳能转化和存储等相关领域功能材料（催化剂）的设计和制备提供理论依据。

氢气是一种清洁、可再生的理想能源载体，借助光电化学分解水过程将太阳能高效稳定地转换为氢能，是解决全球能源和环境问题最为理想的方式之一。研究表明，在这一转换过程中，对光子的管理以及光生载流子的输运直接决定了光电化学分解水器件的能量转换效率。然而，如何同时实现高效光子管理和快速电荷传输仍是该领域的一大挑战。“陷光结构”可通过管理光子在材料内部的光程从而提高光子捕集能力，“单晶材料”则可实现光生载流子的快速输运。因此，在“单晶材料”中引入“陷光结构”以同时实现高效光子捕集和快速电荷输运，对可控构建高效光电化学分解水器件具有重要的理论研究意义和现实应用价值。

杨化桂教授课题组采用氟化钠作为配体，以氧化硅球的水溶胶为模板剂，首次通过结晶-蚀刻的方法可控制备了单晶陷光结构氧化铁。通过调控反应体系内氟离子与氧化硅球的摩尔比例，该课题组发现，较高浓度的紧密堆积氧化硅球将作为氧化铁晶体生长的成核中心；同时，体系内较低浓度的氟离子将控制氧化铁晶体的生长速率，从而可控制备出单晶陷光结构。因介孔单晶氧化铁高效的光子管理和电荷输运能力，以该材料作为光电化学分解水器件的光阳极时，其光电流是实心氧化铁光阳极的20倍，从而大幅度提升了光电化学器件的能量转换效率。

（Grace）