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近日日漸深入，湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院（芯片產(chǎn)業(yè)學(xué)院）程正旺等提出了一種基于匹配帶隙和功函數(shù)的p-n異質(zhì)結(jié)動力，不僅促進(jìn)了可見光吸收，還極大地提高了光生載流子的分離與遷移效率可靠保障，實(shí)現(xiàn)了高效自然條件、穩(wěn)定的PEC可見光析氫。今天小編為大家分享該研究成果開展，希望對(duì)您的科學(xué)研究或工業(yè)生產(chǎn)帶來一些靈感和啟發(fā)互動互補。

應(yīng)用方向：清潔能源，光電催化意向，分解水制氫意料之外，異質(zhì)結(jié)

正文：

光電催化分解水制氫（H₂）為解決能源消耗與環(huán)境污染問題提供了重要的解決方案，在實(shí)現(xiàn)我國(guó)“雙碳"戰(zhàn)略目標(biāo)方面具有重要意義形式。然而置之不顧，受限于單一催化劑有限的光吸收能力和光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合，導(dǎo)致可見光條件下的光電催化效率并不理想數字化。因此方便，如何設(shè)計(jì)和合成高效基礎上、穩(wěn)定的分解水光電催化劑成為領(lǐng)域內(nèi)的核心課題。

針對(duì)上述科學(xué)問題知識和技能，湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院（芯片產(chǎn)業(yè)學(xué)院）程正旺等提出了一種基于匹配帶隙和功函數(shù)的p-n異質(zhì)結(jié)取得顯著成效，不僅促進(jìn)了可見光吸收，還極大地提高了光生載流子的分離與遷移效率實現，實(shí)現(xiàn)了高效不容忽視、穩(wěn)定的PEC可見光析氫。該工作以“Construction of nanorod-shaped TiO2/Cu3N p–n heterojunction for efficient visible-light hydrogen evolution"為題發(fā)表在國(guó)際期刊Journal of Materials Chemistry C上服務體系。

程正旺等采用磁控濺射法說服力，將p型Cu₃N薄膜沉積到一維n型TiO₂納米陣列上，形成了TiO₂/Cu₃N p-n異質(zhì)結(jié)分析。得益于合適的能隙和內(nèi)建電場(chǎng)的協(xié)同作用表示，形成的TiO₂/Cu₃N p-n異質(zhì)結(jié)不僅將帶隙從TiO₂的3.09 eV減小到TiO₂/Cu₃N的2.01 eV，光響應(yīng)范圍也從從紫外區(qū)擴(kuò)展到可見光區(qū)域非常激烈。此外競爭力所在，光生電子-空穴對(duì)的分離和轉(zhuǎn)移效率明顯改善，平均載流子壽命延長(zhǎng)了3倍領域。進(jìn)一步地溝通機製，在> 420 nm可見光照射和-0.97 V vs. RHE（可逆氫電極）條件下，光電流密度從TiO₂的-0.33 mA/cm²提高到TiO₂/Cu₃N的-4.66 mA/cm²註入新的動力，提高了約14.12倍顯示。此外，構(gòu)建的TiO₂/Cu₃N異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出穩(wěn)定的PEC析氫性能效率和安，相應(yīng)的可見光分解水產(chǎn)氫速率達(dá)到6.98µmol/cm²/h設計能力。以上結(jié)果表明：構(gòu)建具有合適帶隙和功函數(shù)的p-n異質(zhì)結(jié)是提高TiO₂光電催化性能的一種有效途徑，并且有望應(yīng)用于其他光電催化劑深入開展。本項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)和制備高效更為一致、低成本、無毒的PEC分解水電極和其他光電子化學(xué)應(yīng)用提供了一條有效的途徑技術的開發。

圖1. 樣品制備流程示意圖面向。

圖2. TiO₂/Cu₃N樣品的X射線衍射圖譜（XRD）非常重要。

圖3. TiO₂(a)實施體系，Cu₃N (b)和TiO₂/Cu₃N的莫特-肖特基曲線（MS）綜合措施；TiO₂/Cu₃N界面的TEM圖像；理論計(jì)算的平面平均電勢(shì)影響，(e) TiO₂(101)新的動力，(f) Cu₃N(110)。

圖4. 直接帶隙TiO₂發展契機、TiO₂/Cu₃N ((αhν)^2~hν)和間接帶隙Cu3N ((αhν)^1/2~hν)的紫外-可見漫反射光譜(DRS) (a)和相應(yīng)的Tauc圖(b)廣泛關註。

圖5. (a) 穩(wěn)態(tài)光致熒光(PL)光譜促進進步，(b) 時(shí)間分辨PL (TRPL)光譜。

圖6. (a) TiO₂優勢領先、Cu₃N及TiO₂/Cu₃N的表面光電壓譜（SPV）迎來新的篇章；(b) 在-0.97 V vs. RHE和> 420 nm光照射條件下，TiO₂推動並實現、Cu₃N及TiO₂/Cu₃N的光電流密度-電壓曲線薄弱點；(c) 電化學(xué)阻抗Nyquist圖。

圖7. (a) TiO₂/Cu₃N在> 420 nm可見光照射下PEC產(chǎn)氫H₂的循環(huán)穩(wěn)定性優化程度。(b)本研究中TiO₂/Cu₃N的平均產(chǎn)氫速率與報(bào)道的TiO₂基異質(zhì)結(jié)結(jié)果的比較積極性。

圖8. > 420 nm可見光照射下，TiO₂/Cu₃N p-n異質(zhì)結(jié)的光生載流子遷移與光電催化分解水析氫機(jī)理圖不斷豐富。

配置推薦

本文中TiO₂及TiO₂/Cu₃N發(fā)光測(cè)試使用卓立漢光公司的OmniFluo990穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀完成實施體系。OmniFluo990為模塊化搭建結(jié)構(gòu)，通過搭配不同的光源各有優勢、檢測(cè)器和各類附件效果較好，為紫外/可見/近紅外發(fā)光測(cè)試提供綜合解決方案，也為光電催化分解水制氫催化劑的研發(fā)提供有利工具核心技術體系。

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