編號：NMJS08973
篇名：鈉離子摻雜鉍酸銅光陰極的制備及其光電催化性能的研究
作者：王桂林 陳芯 湯桐鑫 鄒文昊 林展 葉凱航
關鍵詞： 鉍酸銅 鈉摻雜 銅空位 表面缺陷 電荷傳輸
機構： 廣東工業(yè)大學輕工化工學院
摘要： 金屬氧化物光電極被認為在未來太陽能制氫方面具有廣闊的前景,但由于其固有的載流子遷移率較低而面臨著巨大挑戰(zhàn)。鉍酸銅(CuBi2O4)光電陰極在光電化學水分解中具有很大的潛力和應用價值,是未來理想的光電陰極材料之一,本文采用噴霧熱解法制備CuBi2O4光電陰極,并通過形貌與能級調控實現(xiàn)了光電性能的突破。首先,通過在CuBi2O4光電陰極中進行Na+摻雜,低價態(tài)的Na+取代Bi3+位點形成空穴中心,提升了載流子的遷移能力。與此同時,Na+元素的引入使所制備的CuBi2O4光電陰極具有多孔的納米形貌,有效地縮短了光生載流子至表面的傳輸距離。其次,通過對Na+摻雜CuBi2O4光電陰極進行氧氣煅燒(Na-CuBi2O4-O2),形成金屬空位充當電子受體,減少了Na+摻雜引入的氧空位,從而提高空穴密度,進一步增強了電荷分離效率。這種策略使Na-CuBi2O4-O2光電陰極在0.6V vs.RHE時的光電流密度高達-2.83 mA·cm-2,是未經(jīng)處理的CuBi2O4光電陰極的15倍(-0.18 mA cm-2)。結合時間分辨熒光光譜、開爾文探針力顯微鏡與光電化學研究,揭示了Na-CuBi2O4-O2光電陰極具有更高的載流子壽命與更高的表面光電壓。這項工作利用元素摻雜與金屬空位增強了CuBi2O4光電陰極的電荷分離和傳輸能力,實現(xiàn)了其光電性能的較大提升,對未來高性能光電陰極的制備具有指導意義。
