我校材能学院研究生在近红外光电化学产氢方面取得重要进展

发表时间：2022-03-10

光电化学分解水是实现太阳能制氢的可行途径，而提高制氢效率是目前相关研究的热点与攻关方向。红外光虽然占太阳能总能量50%，但受限于大部分半导体材料的带隙宽度，其能量往往不能被有效利用而浪费。

利用红外光实现光电化学分解水是提高产氢效率的可行策略。为此，我校材能学院20级研究生马联柯和19级本科生陈庭超等同学在导师马信洲博士指导下，制备了NaGdF4:Yb3+,Er3+|BiVO4|Cu2O光阴极（图1a）。首先通过水热合成法制备了NaGdF4:Yb3+,Er3+纳米晶体，用于将近红外光转换为具有更高能量的可见光。随后通过电沉积将NaGdF4:Yb3+,Er3+纳米晶体和BiVO4分散于Cu2O内。通过设计这样的电极结构，由NaGdF4:Yb3+,Er3+纳米晶体产生的可见光能被Cu2O有效吸收（图1b）。而分散的BiVO4与Cu2O形成大量微区内建电场，实现高效光生载流子分离。光电化学测试结果表明复合光阴极对近红外光有良好响应，产生的光电流密度比纯的Cu2O增强了40倍，高达 -0.5 mA cm−2（图1c）。

图1 （a）NaGdF4:Yb3+,Er3+|BiVO4|Cu2O光电极的截面图；（b）NaGdF4:Yb3+,Er3+|BiVO4和NaGdF4:Yb3+,Er3+|BiVO4|Cu2O的发光光谱与吸收光谱；（c）不同Cu2O基光电极的线性扫描伏安曲线。

该研究工作以“Yb3+, Er3+ co-doped NaGdF4/BiVO4 embedded Cu2O photocathodes for photoelectrochemical water reduction with near infrared light ”为题，在线发表于Applied Surface Science期刊（JCR一区，影响因子6.7）。马联柯为论文第一作者，陈庭超为第二作者，马信洲博士为通讯作者，佛山科学技术学院为第一署名单位。 

     （材料科学与氢能学院）