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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：本網整理來源：X一MOL資訊分享至：

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

為了解決這一問題，天津大學的張兵課題組發展了一種新型鞣酸-鎳鐵配合物薄膜作為新型高效穩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。當這種配合物薄膜負載到鉬摻雜的釩酸鉍（Mo:BiVO4）表面（薄膜厚度約5.3±0.7 nm）時，復合光陽極在1.23 V（vs. RHE）下的光電流能夠達到5.10±0.13 mA cm-2。此外，這種復合光陽極在1.23 V（vs. RHE）下測試3小時后的光電流密度還能達到初始值的92 %，其穩定性要遠高于水鐵礦（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-鎳鐵配合物在半導體表面形成的這層致密均一的薄膜能夠阻斷半導體和電解液的直接接觸，從而有效抑制半導體光腐蝕的發生，提升光陽極在大電流下的穩定性。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型半導體的光電析氧活性和穩定性。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。