全氮化物光/电催化剂复合电极的构建及其太阳能分解水机理研究

基本信息
批准号:21875105
项目类别:面上项目
资助金额:68.00
负责人:罗文俊
学科分类:
依托单位:南京大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘国亮,王品,董洪政,胡文健,尹紫裕,陈香田
关键词:
氮化物光阳极界面结构氮化物电催化剂可见光光催化
结项摘要

It is crucial to explore efficient semiconductor photoanodes with narrow band gaps for their practical application in photoelectrocatalytic water splitting. Some nitrides, such as Ta3N5 and InGaN, are very promising photoanode materials due to their suitable band gaps and band positions, and long diffusion length of minority carriers. However, low photo-voltage in these nitride photoanodes limits their practical applications. If oxygen species on the surfaces of nitride photoanodes are higher, the photovoltages will be lower. In this proposal, some efficient transition metal (Fe, Co, Ni, Mn, Cr and so on) nitride electrocatalysts for oxygen evolution reaction will be coated on the surfaces of Ta3N5 and InGaN photoanodes, to construct all-nitride photocatalyst/electrocatalyst composite photoanodes, which can decrease oxygen concentration on the surfaces of Ta3N5 and InGaN and improve the nitride photoelectrodes’s efficiency. Moreover, activation method and mechanism of all-nitride composite photoanodes will be further investigated. The effects of composition, thickness and resistance of nitride electrocatalysts on the photovoltages will be studied in details. With theoretical calculations, adsorption of H2O on the surfaces and photo-generated charge transfer at the interfaces of composite photoanodes will also be analysed. This study will provide some scientific and experimental bases for research to design and develop efficient nitride photoelectrocatalysts.

开发高效窄带隙半导体光阳极是实现太阳能光电催化分解水制氢的关键。一些金属氮化物光阳极,如Ta3N5和InGaN等,具有合适的带隙和导价带位置以及少数载流子扩散距离长等优势,是非常有潜力的光阳极材料。然而,这些氮化物光阳极低的光生电压限制了它们的实际应用。氮化物光阳极表面氧物种越高,会导致其光生电压越低。本项目拟将高活性过渡金属(Fe、Co、Ni、Mn、Cr等)氮化物析氧电催化剂担载在Ta3N5或InGaN等光催化电极表面,构筑全氮化物光/电复合电极,阻止氮化物光催化剂表面引入氧物种,从而提高其光电压。此外,通过研究阐明全氮化物光/电催化剂复合电极的激活方法与机理。研究氮化物电催化剂的成分、厚度、导电性等对复合电极光电压的影响规律。结合理论计算,研究全氮化物光/电催化剂复合电极界面水的吸附行为与光生电荷传输机制。本研究将为设计和开发高效氮化物光电催化材料提供实验基础和理论支持。

项目摘要

光电化学电池是一种太阳能低成本存储的有效方法。针对太阳能转化效率低与界面电荷传输机制不清等关键问题,本项目开展了半导体光电极的表界面电荷传输机制、性能提升方法以及高效全器件构筑等方面的研究。主要研究结果如下:(1)发现了半导体/催化材料、半导体/储能材料、半导体/电解液、半导体/半导体等界面广泛存在可逆的电子离子耦合传输行为,提出了法拉第结新概念和新理论。该理论的提出改变了对固体表界面只存在电子传输的传统认知,具有原创性。(2)提出了氧化还原电位窗口是描述法拉第结界面电荷转移性质的关键参数。通过调控电位窗口显著提高了法拉第结电极的光电压,通过调节半导体表面法拉第层的羟基含量,提高了光电极太阳能分解水光电流。(3)发明了基于法拉第结的两端口太阳能充电全器件,实现了可循环的无偏压光充电-暗放电,并提出了两端口太阳能充电器件无偏压工作的构筑原则。此外,发现了法拉第结太阳能充电器件具有光电压记忆效应的新特性并阐明了其机理。.在本项目的资助下,项目负责人共发表了包括Nat. Commun.(2)、Angew. Chem. Int. Ed.、Natl. Sci. Rev.、Chem. Sci.等期刊在内的论文10篇,申请了中国发明专利3项,培养了研究生8名,圆满完成预期研究目标。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
3

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
4

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018
5

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

DOI:10.19596/j.cnki.1001-246x.8419
发表时间:2022

相似国自然基金

1

(氧)氮化物光电极太阳能分解水制氢的研究

批准号:21473090
批准年份:2014
负责人:李朝升
学科分类:B0202
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
2

基于红外光高效利用的光子晶体复合光电极构建及其分解水制氢性能研究

批准号:21671083
批准年份:2016
负责人:范伟强
学科分类:B0502
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
3

自然光合酶-人工光催化剂杂化光合体系太阳能全分解水的研究

批准号:21603224
批准年份:2016
负责人:王旺银
学科分类:B0202
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
4

几种光分解水催化剂的可控制备研究

批准号:21043011
批准年份:2010
负责人:朱湛
学科分类:B0202
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目