Angew：Ta3N5/水铁矿光阳极中水铁矿结构对空穴传输性能的影响

纳米技术

2020-12-19

人们发现水铁矿Fh（Ferihydrite）能够在光电催化系统中作为空穴传输层（HSL），但是水铁矿材料作为HSL中，其内在结构起到的作用并没有很好的理解。有鉴于此，中科院大连化学物理研究所李灿、施晶莹等报道了通过特别注意的煅烧处理，通过对水铁矿进行脱水化处理，对水铁矿材料结构变化、空穴传输层功能之间的关系进行深入理解。发现在水铁矿材料中可逆的晶体水消除/加成过程中，空穴传输性能衰减，同时内部结构发生重排。作者发现，主要的活性结构为和2个/3个晶体水配位的[FeO₆]多面体单元结构，当晶体水逐渐消除，[FeO₆]单元的对称性突变，形成更加有序的结构，从而导致材料难以接受光生电荷。

本文要点：

（1）

首先制备了多孔结构立方相的Ta₃N₅光阳极，随后在其表面担载50 nm水铁矿Fh薄膜。分别在Ar气氛中煅烧150，200，250，300 ℃。随后分别考察煅烧处理后，光电极的性能。通过煅烧处理，Ta₃N₅/Fh结构光电极的光电流性能显著衰减，在300 ℃煅烧后，光电流仅仅为12.5 %，同时在全光谱区间，光电转化性能都显著衰减。

（2）

通过TGA、XPS、Mössbauer谱等多种方法结合，揭示了水铁矿中晶格水分子起到空穴传输关键性作用。通过不同煅烧处理，发生不同程度失水过程，同时导致结构重构变化。由初始的six-line Fe₅HO₈·3H₂O变为最终的α-赤铁矿。

参考文献

Pengpeng Wang, Deng Li, Haibo Chi, Yongle Zhao, Junhu Wang, Dongfeng Li, Shan Pang, Ping Fu, Jingying Shi*, Can Li*, Unveiling the Hydration Structure of Ferrihydrite for Hole Storage in Photoelectrochemical Water Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2020

DOI: 10.1002/anie.202014871

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202014871