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太陽能驅(qū)動的PEC水分解是將太陽能轉(zhuǎn)化為H₂的一種很有前景的方法。為了提高PEC產(chǎn)氫效率，設(shè)計一種將快速載流子轉(zhuǎn)移以及具有高比表面積的多孔結(jié)構(gòu)的光陽極，以實現(xiàn)大量量子點(QD)負載和適當?shù)碾娊赓|(zhì)滲透迫在眉睫。

因此，加拿大國家能源、材料及通訊研究院Federico Rosei、Kulbir K. Ghuman和Gurpreet S. Selopal等報道了一種TiO₂ NRs/NPs混合結(jié)構(gòu)光陽極，該光陽極能夠進行高效PEC產(chǎn)氫。

Chem. Eng. J.：混合結(jié)構(gòu)表面工程提高TiO2 NRs/NPs光陽極PEC產(chǎn)氫性能

作者制備了一種具有納米棒和納米顆粒組合結(jié)構(gòu)的TiO₂光陽極，隨后用肼作為氮源對光陽極進行處理以抑制光生電荷復合中心。優(yōu)化后的TiO₂ NRs/NPs，在0.8 VRHE下的光電流密度為4.25 mA cm^-2；使用肼處理后光電流密度增加了28%。

使用CdS QD和CdS/CdSe QD敏化后的TiO₂ NRs/NPs，在0.8 V_RHE下的光電流密度分別為5.43 mA cm^-2和8.12 mA cm^-2，并且在連續(xù)兩個小時光照下(AM 1.5 G，100 mW cm^-2)都保持80%的初始光電流密度。

光陽極性能的提升歸因于非輻射載流子復合的減少和電荷載流子的光生/注入率的提高。DFT+U計算表明，肼的濃度影響TiO₂中的摻雜構(gòu)型。肼濃度為0.25 M時，N₂吸附在TiO₂表面會產(chǎn)生遠低于CB最小值(CBM)的帶隙狀態(tài)，不僅可以防止TiO₂與QD競爭可見光吸收，而且不會產(chǎn)生新的復合位點。

然而，在較高的肼濃度(0.5 M)下，表面或間隙N摻雜TiO₂會產(chǎn)生非常接近CBM的帶隙狀態(tài)，這很容易產(chǎn)生從QD到TiO₂的電子的復合中心。

Role of surface engineering of hybrid structure for high performance quantum dots based photoelectrochemical hydrogen generation. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.132425

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/11/db70d83c51/

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