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《Nature Communications》发表张侃、曾海波教授课题组最新研究成果

时间:2019-05-07来源:材料科学与工程学院点击:10

学院张侃、曾海波教授课题组在第五族元素的光电能源应用领域取得突破性进展,研究成果发表在《Nature Communications》上。论文题目:Black Phosphorene as A Hole Extraction Layer Boosting Solar Water Splitting of Oxygen Evolution Catalysts, 链接:Nature Communication, 2019, DOI : 10.1038/s41467-019-10034-1。

随着日益加重的能源和环境危机,人类的可持续发展面临着巨大挑战,开发清洁能源已成为当务之急。氢能是一种“零”排放能源并且具有超高的能量密度高,受到大家的广为关注,然而如何高效、低成本的制氢却面临着巨大的挑战。光电化学水分解可将自然界的太阳能转化为化学能,特别是氢能,被认为是一种绿色、有效的途径。然而,在制氢反应的同时,阳极的析氧反应因其复杂的四电子转移过程严重限制了光电化学水分解的效率。通常,通过引入高效的析氧催化剂在光电化学阳极的表面是一种最为有效的解决方案,这也掀起了电催化析氧催化剂开发的热潮,越来越多廉价、高效的过渡金属基催化剂被报道。不过,如何使光电化学阳极的空穴转移到这些析氧催化剂的表面仍是一个任重而道远的问题,解决它们晶界的不兼容性刻不容缓。

近期,张侃教授的光电能源课题组在国际上首次将磷烯二维材料桥连光催化半导体BiVO4和析氧催化剂,NiOOH, CoOOH, MnOx等,实现了第五主族二维材料在光电能源器件在空穴抽取功能上的突破。这一结果为实现廉价、高效的光制氢技术提供新思路,推进了氢能源工业化生产。同时,这种“磷界效应将开启第五主族元素在光电器件上的应用。第五主族元素包含磷、砷、锑、铋等,我校曾海波、张胜利教授最早从理论上预测了砷、锑、铋二维材料的光电特性,在国际上已经引发了对此类材料在光电器件上的探索热潮。将第五主族二维材料作为桥梁连接光相应半导体和电催化剂,实现光电能源转换无疑为此类材料在光电器件上的应用打开了另一扇窗。

1. “磷”界空穴传输行为


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