ZnO基光电极的构筑及其光电催化水分解性能研究进展

光电催化水分解制取氢气是最理想的制氢技术之一。光电极材料作为光电催化水分解反应系统最核心的部分,决定着太阳能到化学能的转换效率。氧化锌（ZnO）半导体因具有较低的超电势、高的电子迁移速率和价格低廉等优点,引起了广泛关注。然而,ZnO半导体的禁带较宽、电子-空穴易于复合和表面水氧化反应动力学缓慢,阻碍了其高效利用太阳能和实现理论效率。本文从ZnO的微纳结构和表界面修饰两个方面出发,综述了近年来ZnO基光电极的构筑策略及其光电催化性能的研究进展。首先阐述了ZnO的微观形貌和缺陷对光电性质的影响。然后总结了元素掺杂、量子点敏化、贵金属沉积、异质结构造和共催化剂沉积等策略对ZnO基半导体的表界面的构筑及对光电催化性能的影响。最后对未来高效ZnO基半导体光电极研究方向进行了展望,具体包括5个方面：ZnO表面改性;在原子水平构筑复合半导体催化剂的相界面;用廉价双金属或多金属纳米颗粒取代纯贵金属Au、Ag和Pt纳米颗粒;构建高效的电催化剂助剂;在ZnO半导体和助剂界面引入空穴储存层或电子堵塞层。     

析氧助催化剂增强光阳极光电催化分解水性能研究进展

氢气因其热值高、质轻、可存储且无碳排放，被认为是最佳的碳中和能源载体。光电催化分解水制氢技术是目前生产绿氢最理想的技术途径之一，但光阳极表面水氧化速率极为缓慢，限制了阴极产氢效率。析氧助催化剂在水氧化反应过程中能够为其提供高效的活性中心，使反应易于发生，进而促进阴极产氢效率。本文从光阳极表面助催化剂的起源和作用出发，综述了近年来半导体光电极表面的助催化剂类型、微纳结构对水氧化活性的影响、界面构筑策略和光电性能研究进展。首先，阐述了电催化剂作为光阳极助催化剂在水氧化反应中所扮演的角色，不同助催化剂对半导体光电极的电荷分离和转移及稳定性的影响；然后，总结了助催化剂对半导体光电极光电催化活性的影响因素（尺寸效应、表面缺陷和氟化）。进一步归纳了助催化剂/半导体之间的界面优化策略（载流子传输通道、空穴储存层和界面化学键）。最后对析氧助催化剂所面临的问题和未来的发展方向进行了探讨和展望，认为通过调控析氧助催化剂的晶体结构、簇、单原子和界面化学键能够增强光阳极光电催化分解水的性能，并提出羰基金属是一种独特的构筑析氧助催化剂前体。