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【催化】鞣酸-鎳鐵配合物薄膜作為新型高效光電析氧助催化劑

2018-07-10 11:22:21 作者：本網(wǎng)整理來源：X一MOL資訊分享至：

半導(dǎo)體的光腐蝕是導(dǎo)致光電極穩(wěn)定性差的重要原因之一。在半導(dǎo)體表面負(fù)載合適的助催化劑，不僅能夠促進(jìn)光生電荷的分離，還能在一定程度上隔絕半導(dǎo)體與電解液之間的直接接觸，阻斷半導(dǎo)體發(fā)生光腐蝕時和接觸的電解液之間必要的物質(zhì)交換，從而有效抑制半導(dǎo)體光腐蝕的發(fā)生，提高光電極的穩(wěn)定性。然而，目前的大部分助催化劑都是以島狀生長的方式負(fù)載到半導(dǎo)體表面，使得半導(dǎo)體的部分表面仍然暴露在電解液之中，導(dǎo)致其穩(wěn)定性變差。

為了解決這一問題，天津大學(xué)的張兵課題組發(fā)展了一種新型鞣酸-鎳鐵配合物薄膜作為新型高效穩(wěn)定的水分解析氧助催化劑。鞣酸是自然界廣泛存在的一種多酚，它在弱堿性條件下很容易在多種材料表面與金屬陽離子快速配位形成厚度可控的配合物薄膜。當(dāng)這種配合物薄膜負(fù)載到鉬摻雜的釩酸鉍（Mo:BiVO4）表面（薄膜厚度約5.3±0.7 nm）時，復(fù)合光陽極在1.23 V（vs. RHE）下的光電流能夠達(dá)到5.10±0.13 mA cm-2。此外，這種復(fù)合光陽極在1.23 V（vs. RHE）下測試3小時后的光電流密度還能達(dá)到初始值的92 %，其穩(wěn)定性要遠(yuǎn)高于水鐵礦（60 %）、Co-Pi（21 %）等析氧助催化劑修飾的Mo:BiVO4光陽極。其原因在于鞣酸-鎳鐵配合物在半導(dǎo)體表面形成的這層致密均一的薄膜能夠阻斷半導(dǎo)體和電解液的直接接觸，從而有效抑制半導(dǎo)體光腐蝕的發(fā)生，提升光陽極在大電流下的穩(wěn)定性。此外，這類鞣酸-鎳鐵配合物助催化劑還能有效提升非摻雜的BiVO4和金紅石相TiO2等其他n型半導(dǎo)體的光電析氧活性和穩(wěn)定性。因此，鞣酸-鎳鐵配合物薄膜是一種普適的、新型高效的光電析氧助催化劑。