Fe₂TiO₅/Fe₂O₃/Pt光陽極合成示意圖及光電催化分解水性能

　　太陽能光（電）催化分解水制氫是解決目前能源短缺與環(huán)境污染問題的理想途徑之一。氧化鐵（α-Fe₂O₃）具有較高的穩(wěn)定性、較低的能帶結構（2.1eV）以及自然儲備豐富等優(yōu)勢，成為光電催化分解水制氫領域中的重要材料。然而，氧化鐵具有導電性差、光生電子-空穴復合較快等缺陷，嚴重限制了其實際應用。

　　中國科學院蘭州化學物理研究所能源與環(huán)境納米催化材料組與德國埃爾朗根-紐倫堡大學教授Patrik Schmuki合作研究，在超薄α-Fe₂O₃材料光電催化分解水及其光生電荷分離研究方面取得新進展。

　　研究人員在導電基底生長厚度可控的Pt納米金屬層，并沉積超薄α-Fe₂O₃納米層。在α-Fe₂O₃/Pt基礎上進一步原位合成Fe₂TiO₅層從而形成Fe₂TiO₅/α-Fe₂O₃/Pt“三明治”異質結構光陽極。在此結構中，金屬Pt納米層可以有效提高α-Fe₂O₃光吸收性能；由于其具有較低的費米能級，有效促進了光生載流子分離和光生電子快速遷移。此外，Fe₂TiO₅與α-Fe₂O₃具有匹配的能帶結構，α-Fe₂O₃納米層產生的光生空穴向Fe₂TiO₅層快速遷移，進一步降低載流子的復合幾率并促進水氧化反應。

　　在模擬太陽光照射下（AM 1.5G，100 mW cm^-2），“三明治”異質結構Fe2TiO5/α-Fe₂O₃/Pt光陽極表現(xiàn)出優(yōu)異的光電催化分解水活性及穩(wěn)定性，其光電流密度與純相αFe₂O₃相比提高近1.5倍。此異質結構光陽極的設計可有效提高半導體材料的光吸收性能，并可促進光生電荷快速分離與遷移，對構建高效太陽能光電催化分解水體系具有指導意義。

　　相關研究結果發(fā)表在Advanced Functional Materials和Journal of Materials Chemistry A上。研究工作得到了國家自然科學基金委、蘭州化物所“特聘人才計劃”以及羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室的經費支持。