光電化學（PEC）太陽能水分解技術是將太陽能轉化為氫能的有效手段。赤鐵礦（α-Fe2O3）由于其較小的帶隙（2.1～2.2 eV）、優異的穩定性以及較高的理論STH效率而成為理想候選材料。然而，Fe2O3的空穴擴散長度短、壽命短、水氧化過電位大，導致其PEC性能較低。通常，采用元素摻雜、氧空位工程、同質結構筑、助催化劑裝飾/表面鈍化等策略解決半導體電荷傳輸慢、過電位高等問題，提高其PEC性能。然而，如何延長載流子遷移壽命，提高半導體STH值仍然面臨著巨大挑戰。
為此，我?；瘜W化工學院和能源材料化學研究院武利民教授和王蕾教授課題組報道了采用單原子Pt摻雜一維納米帶結構α-Fe2O3增強半導體體相載流子濃度，構筑Pt-O-Fe鍵降低深能級缺陷態密度，抑制深能級缺陷引起的載流子復合，顯著提高半導體PEC性能和起始電位。與傳統元素摻雜相比，單原子錨定的α-Fe2O3在模擬太陽光照射下，半導體光電流值提高近兩倍。相關工作于5月8日在線發表在Nature Communications上。
要點1. α-Fe2O3的單原子Pt摻雜誘導較少的電子捕獲位點，增強載流子分離能力，提高體相結構中的電荷轉移壽命以及提高半導體/電解質界面處的電荷載流子注入效率。進一步引入表面氧空位抑制載流子復合，促進表面反應動力學。
要點2. 優化條件下的SAs Pt:Fe2O3-Ov光電陽極在1.23和1.5 VRHE下的光電流密度分別為3.65和5.30 mA cm?2，其HC-STH值為0.68%。這項研究展示了原子級尺度上設計光電催化半導體的有效策略。
我?；瘜W化工學院2020級博士研究生高瑞廷為第一作者，武利民教授、王蕾教授、賀進祿研究員為共同通訊作者。該工作得到科技部重點研發計劃“納米專項”、國家自然科學基金、內蒙古自治區草原英才計劃、內蒙古大學青年科技英才培育等項目的支持。
來源：化學化工學院
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