基于表面态原位钝化的多孔铋酸铜高效光电催化制氢研究
批准号:
22109059
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
胡颖飞
依托单位:
学科分类:
氢能源化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡颖飞
中文摘要
CuBi2O4是一种p型半导体,其理论光电流密度大,并且其开启电势高于大多数p型半导体。因此,CuBi2O4作为光阴极在p-n双光子太阳能分解水器件领域具有良好的应用前景。利用CuBi2O4光阴极构建高效的p−n双光子太阳能分解水制氢器件,需要对CuBi2O4光阴极进行调控和修饰,以提升其开启电势和饱和光电流。本项目拟通过构筑多孔结构增加CuBi2O4与电解液的接触面积,促进电荷从体相传输至表面;在此基础上原位生长MgO等材料钝化CuBi2O4的表面态,抑制半导体的费米能级钉扎效应,增大半导体的能带弯曲和空间电荷层的厚度;然后,深入研究MgO等材料在CuBi2O4能带弯曲和表面复合等方面的原位钝化作用机制。
英文摘要
CuBi2O4 is a p-type semiconductor with high theoretical photocurrent density and higher onset potential than most other p-type semiconductors. Therefore, as a photocathode, CuBi2O4 has a good application prospect in the field of p-n two-photon solar water splitting devices. Using CuBi2O4 photocathodes to construct efficient p-n two-photon devices for hydrogen production from solar water splitting, it is necessary to adjust and modify CuBi2O4 photocathodes to enhance their onset potential and saturation photocurrent. This project aims to increase the contact area between CuBi2O4 and electrolyte by constructing porous structure, so as to improve the efficiency of charge transfer from bulk to surface. Then, MgO and other materials are grown in-situ to passivate the surface states of CuBi2O4. These materials can suppress the Fermi level pinning effect and increase the band bending and the thickness of space charge layer. Then, the mechanism of surface states of MgO in-situ passivated CuBi2O4 in band bending and surface recombination was studied.
光电极分解水的性能决定于光生载流子的分离与传输、界面电荷转移和表面水氧化/还原反应三个过程。本项目针对这三个过程开展研究,包括表面态的原位钝化,受主/施主杂质掺杂,异质结的原位构建,产氧电催化剂的负载,以及表/界面电荷转移和反应对光电极性能的影响机制。.本项目开发了氧化镁原位钝化的铋酸铜光阴极,实现增强的内建电场和加速的电荷转移动力学;通过锌掺杂提升铋酸铜光阴极载流子浓度,同时产生的异质结效应使其光电催化性能优于纯铋酸铜;通过铟的引入在铋酸铜表面原位生成异质结,促进光生载流子的分离与传输;采用银作为导电通道,促进铋酸铜晶粒间的电荷传输,提高载流子分离和传输效率;负载铁-硼电催化剂于钒酸铋,增强其体相电荷分离并加速表面水氧化反应速率。.本项目的研究成果为提高铋酸铜光阴极和钒酸铋光阳极光电催化分解水的性能提供了可靠的理论和实验支撑。项目负责人以第一/通讯作者在Journal of Materials Chemistry A、Dalton Transactions、ChemPhysChem等期刊发表SCI论文8篇。
新型自支撑电解水制氢电极的开发
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2026
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负责人:胡颖飞
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依托单位:
国内基金
海外基金