用于光电化学水氧化的哑铃型Fe2O3-TiO2异质结催化剂的构建

光电化学（PEC）的水分解是利用太阳能制备氢气燃料有效、可持续的途径，但如何设计经济、稳定、高效的PEC水分解催化剂一直面临巨大的挑战。异质结光催化剂可以有效地实现组分性能互补、加速光生电子-空穴对的分离。具有不同光谱响应的半导体材料相结合，可实现整体催化剂的宽谱光吸收。因此，合理选择异质结光催化剂的组分和结构，是提高其PEC水分解效率的有效途径。

近日，新加坡南洋理工大学的楼雄文教授（点击查看介绍）团队组合具有不同带隙结构的半导体材料，将具有紫外光响应的TiO₂与具有可见光响应的Fe₂O₃相结合，构建了具有哑铃型微纳复合结构的Fe₂O₃-TiO₂异质结催化剂。他们首先以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为表面活性剂，通过水热法制备了Fe基金属有机化合物（FeMOC）微米棒，随后在十六胺（HDA）分子的协助下，通过溶液反应，将无定形TiO₂纳米球选择性地生长在FeMOC微米棒的两端，最终通过退火处理得到具有哑铃型微纳复合结构的Fe₂O₃-TiO₂异质结（图1, 2）。相比于纯相的Fe₂O₃微米棒和TiO₂纳米球以及二者的机械混合物而言，该Fe₂O₃-TiO₂复合光催化剂在AM1.5大气的太阳光谱下表现出提升的PEC水氧化性质。在HDA用量为40 mg时，Fe₂O₃与TiO₂的协同作用最佳，所得到的Fe₂O₃-TiO₂微哑铃型结构具有最优的光电水氧化效率和单色光电转化效率（图3）。

图1. 哑铃型Fe₂O₃-TiO₂异质结微纳复合结构制备过程的示意图

图2. 哑铃型Fe₂O₃-TiO₂异质结微纳复合结构的形貌与结构表征

图3. 不同组分的哑铃型Fe₂O₃-TiO₂异质结微纳复合结构光电水氧化性质的比较

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，第一作者是新加坡南洋理工大学的博士后张鹏博士，通讯作者是楼雄文教授。

该论文作者为：Peng Zhang, Le Yu, and Xiong Wen (David) Lou

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Construction of Heterostructured Fe₂O₃-TiO₂ Microdumbbells for Photoelectrochemical Water Oxidation

Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201808104

导师介绍

楼雄文

http://www.x-mol.com/university/faculty/35053

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