近日,我所李灿院士、范峰滔研究员等人在利用光电压成像研究铁电半导体光催化剂微纳米尺度电荷分离过程方面取得新进展,提出体电场分离光生电荷新机制。
在光催化过程中,提高太阳能转化效率的核心问题是提高光生电子和空穴的分离效率,构筑内建电场是提高电荷分离的有效手段。铁电半导体材料不同于普通半导体,其具有自发极化而产生铁电电场。尽管铁电材料内部电场的理论值高达105 kV/cm,但是在实际光催化过程中的效率却很低,提高铁电光催化剂的电荷分离效率面临巨大挑战。
在本研究中,研究人员利用表面光电压成像探讨了PbTiO3单畴铁电光催化颗粒中铁电场在光生电荷分离方面的作用机制。研究表明,不同于传统意义上的表面极化模型,铁电自发极化引起的退极化体电场是光生电荷分离的主要驱动力,决定电荷分离效率。在单畴的铁电钛酸铅颗粒中,光生电子和空穴可以直接将电子和空穴分别分离到两个对称的{001}晶面上,而且电荷分离能力和光催化活性都随着粒子沿极化方向的厚度增加而增加。而对于表面能带弯曲,在大于一定空间电荷层厚度后,其对于电荷分离的贡献趋于定值。这说明,铁电材料内部的退极化场是电荷分离的主要驱动力。该工作对铁电光催化在微纳尺度上的设计和提高电荷分离研究具有重要的理论指导意义。
相关结果发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。该工作得到了国家自然科学基金、科技部973项目、中科院能源化学战略性先导科技专项(B)、科研仪器设备研制项目和教育部能源材料化学协同创新中心(iChEM)的资助。(文/图 刘永)
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
我所揭示铁电光催化剂体电场增强电荷分离新机制
本站小编 Free考研考试/2020-04-08
相关话题/电场 电荷
我所揭示极性诱导的空间电荷分离促进光催化全分解水
近日,我所催化基础国家重点实验室李灿院士、李仁贵研究员等与中科院半导体所闫建昌研究员团队合作,在人工光合成体系光生电荷分离研究方面取得新进展:发现极性诱导的表面电场有效促进了光生电荷的空间分离,并大幅提升光催化全分解水的活性。 人工光合成是国际科学领域的“圣杯式”科学课题,光生电荷分离是人工光 ...大连化学物理研究所 本站小编 Free考研考试 2020-04-08我所利用断层扫描光电压成像方法揭示缺陷促进电荷分离新机制
近日,我所范峰滔研究员、李灿院士团队与德国亥姆霍兹柏林能源与材料中心ThomasDittrich博士合作,联合利用断层扫描光电压成像(Tomographic-SPVM)、时间分辨表面光电压方法(TPV)在研究半导体光催化剂微纳米尺度电荷分离过程中缺陷的重要作用方面取得新进展。相关研究成果发表在《纳米 ...大连化学物理研究所 本站小编 Free考研考试 2020-04-08我所实现光催化助催化剂调控内建电场的成像
近日,我所朱剑博士、范峰滔研究员和李灿院士等人利用自主研发的空间分辨表面光电压谱和开尔文探针成像系统研究助催化剂在太阳能燃料转化过程中的作用,发现纳米尺度助催化剂可以有效调控光催化材料内建电场的方向和大小,在界面处形成高达2.5kV/cm的内建电场,局部的光电压值可达到80倍的增强。该研究揭示了助催 ...大连化学物理研究所 本站小编 Free考研考试 2020-04-08长春光机所研制出首例带电荷的有机二维多孔晶体发光材料
近日,中科院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室李斌研究员所带领的课题组自主设计了具有红光发射的带有正电荷的溴化乙锭有机单体,在国际上首次制备出带电荷的有机二维多孔晶体骨架材料,该材料在有机半导体器件和光电传感等领域将具有重要的应用前景。上述研究结果发表在国际化学领域著名的期刊《美 ...长春光学精密机械与物理研究所 本站小编 Free考研考试 2020-03-19