我校化学化工学院王蕾教授课题组在半导体光生电荷迁移方面取得新进展2021-08-01    文字:化学化工学院


近日,我校化学化工学院王蕾教授课题组在半导体光生电荷迁移方面取得新进展,在国际能源领域著名期刊Nano Energy(影响因子为 17.881)上发表PdO界面层提高BiVO4半导体正面照射光电催化性能研究论文“Steering Electron Transfer using Interface Engineering on Front-illuminated Robust BiVO4 Photoanodes”(论文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106360)。内蒙古大学为论文第一作者和通讯作者单位,我校2020级博士研究生高瑞廷为第一作者,王蕾教授为通讯作者。

光电催化(PEC)分解水研究中半导体易受表面、界面及本征半导体载流子复合的影响,严重制约了半导体的电子-空穴迁移。针对半导体的表面复合,采取助催化剂及钝化层修饰,有效加速半导体内部电荷分离与迁移;采取阴/阳离子掺杂提高半导体导电性,进而抑制载流子复合。如何控制半导体中电子在半导体/基底间不反向传递,提高半导体与基底之间结合力及电子传输能力是目前PEC研究中另一关键性问题。BiVO4半导体是太阳能光电催化分解水制氢领域的重要材料之一,近年来受到广泛关注。BiVO4电极在长期光照稳定性测试中,半导体/基底界面处容易发生光阴极腐蚀,如何抑制该腐蚀的研究报道甚少。近日,王蕾教授课题组首次在BiVO4与导电基底界面处引入Pd界面层,有效改善了半导体电子传输性能。Pd层在反应中起到两个作用:(I) Pd在热处理中形成PdO层加速电荷传输;(II) 材料制备过程中微量Pd元素掺杂到BiOI中,使得BiVO4中引入更多空位与缺陷,提高了材料导电性有利于电荷快速传输。PdO层的构建有效抑制半导体/基底间的光阴极腐蚀,提高半导体的正面照射性能,BiVO4/PdO光阳极获得正面/背面照射相似的光电流密度。进一步正面照射下,该材料达到80小时的稳定性能,是目前报道的BiVO4最优异的正面照射光电稳定性能。该体系构建为设计无偏压、迭层结构光电器件提供了新思路与新方法。

 

以上工作得到国家自然科学基金(51802320, 21965024),内蒙古杰青培育基金(2020JQ01)和内蒙古大学引进人才启动基金(21300-5195102)等项目的支持。

通讯作者简介:王蕾,化学化工学院教授,博导,2018年12月至今在内蒙古大学化学化工学院独立开展工作,先后入选内蒙古自治区“草原英才”工程及自治区杰出青年培育计划。目前以一作/通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed. (4篇)、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy (3篇)、ACS Catal. (2篇)、Mater. Horiz.等期刊发表论文49篇。研究团队自2019年1月成立,已发表内蒙古大学第一单位SCI化学/工程一区论文14篇。

课题组主页:https://www.x-mol.com/groups/imu_wanglei

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