近日，化工学院肖静冉（学术教授）、王博（教授）等人在光电催化水分解领域取得最新进展，该文章第一作者为化工学院2021级硕士研究生李春晓。相关成果以“Successive performance enhancement on a Ge-Ti codoped α-Fe₂O₃ with AlOOH modification photoanode for photoelectrochemical water splitting”为题发表在国际知名学术期刊Chemical Engineering Journal上（中科院一区Top，影响因子：15.1）。

研究背景

α-Fe₂O₃是一种具有窄带隙和高稳定性的半导体材料，作为光电化学（PEC）水分解的光阳极材料，受到了广泛关注。然而，目前其PEC性能存在两个主要障碍：电荷分离效率差和表面电荷转移缓慢。四价掺杂剂如Ti、Si、Ge和Sn已被用于通过充当电子供体来提高电导率，促进电荷转移。同时，改变α-Fe₂O₃光阳极的表面组成、钝化表面态、引入覆盖层和助催化剂也常用来降低α-Fe₂O₃光阳极对偏电位的依赖。单一策略对α-Fe₂O₃性能提升的作用有限，探索多种策略结合以达到协同提升性能的效果，是制备高效α-Fe₂O₃光阳极的关键。

成果介绍

本文通过掺杂和覆盖层的协同策略，着重解决Fe₂O₃光阳极PEC水分解反应中电荷分离效率差这一问题。研究发现，Ge-Ti共掺杂和AlOOH修饰策略可以极大地提高α-Fe₂O₃光阳极的电荷分离效率。Ge-Ti共掺杂α-Fe₂O₃中Ti掺杂提高导电性，Ge掺杂进一步增强电荷转移，两者协同抑制电荷复合。此外，AlOOH修饰可增强界面能带弯曲，从而通过提高Fermi能级来增强电荷分离。进一步的，通过未掺杂α-Fe₂O₃的二次生长（简称SG）和NiFeO_x助催化剂的修饰，成功地调整了表面状态，降低了起始电位。通过Ge-Ti共掺杂、SG、AlOOH改性和NiFeO_x催化等协同作用，对α-Fe₂O₃基光阳极的性能进行了优化，在1.23 V_RHE下光电流密度提高至3.46 mA cm^-2，起始电位降低至0.65 V_RHE。

该研究成果得到福建省自然科学基金面上项目、山东省自然科学基金青年项目、国家自然科学基金青年项目等项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146779