项目名称: 基于TiO2超薄纳米带分支的异质结阵列光阳极及其电荷转移机理研究

项目编号: No.51502065

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 文伟

作者单位: 海南大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 光电化学分解水是解决能源短缺的理想途径之一,提高其能量转换效率具有重要的意义。对光阳极材料的成分和微结构的合理调控是获得高的能量转换效率的关键。本项目拟设计一种适用于不同成分的一维纳米阵列(如WO3、SnO2、金红石TiO2等)上生长TiO2超薄纳米带分支的新方法来构建分支异质结光阳极。利用分支异质结具有可控的界面和高的界面面积的优势,将其作为理想的研究模型,深入探索异质结界面(尤其是锐钛矿/金红石界面)电荷转移机理,实现对电荷转移过程的调控,为异质结设计提供理论依据。在此基础上,采用分支核壳结构、异质结、纳米集流器有效集成的新型纳米结构设计来同时提高光阳极的太阳光吸收效率、电荷分离效率和电荷转移效率,最终获得高的能量转换效率。本项目研究将有助于加深对异质结电荷转移机理的认识,为构筑高性能光阳极材料提供新的思路、理论与技术。

中文关键词: 二氧化钛;分支结构;异质结;光解水

英文摘要: Photoelectrochemical water splitting is a highly desirable approach to solve the energy challenge. To achieve a high solar conversion efficiency, it is desirable yet challenging to effectively tailor the composition and morphology of photoanodes. Herein, we develop a novel route to directly deposit titania ultrathin nanobelts on various one-dimensional arrays (such as WO3, SnO2 or rutile TiO2) to construct heterojunction photoanodes. Branched array electrodes, which have a well-controlled interface with a high area, can provide an ideal platform for a quantitative investigation of the charge transfer mechanism of heterojunctions, especially the anatase/rutile heterojunction. The charge transfer mechanism of heterojunction interface is well investigated, which would allow one to control the charge transfer process and effectively design a heterojunction. The integration of heterojunction, branched nanostructure and nanostructured current collector is advantageous to obtain a high light absorption efficiency, charge separation efficiency and charge transfer efficiency, thus improving the solar conversion efficiency. The present study is helpful to understand the charge transfer mechanism of heterojunctions and enrich the traditional semiconductor theory. Moreover, it would provide an effective way to obtain photoanodes with high performance.

英文关键词: Titania;Branched nanostructures;Heterojunction;Solar water splitting

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