硫化鉬/氧化鈦多空有序陣列在利用太陽光分解水制氫中的應用

最新 10-13

????

太陽光分解水制氫是可再生能源中一個非常重要的研究領域。近年來發展的二氧化鈦（TiO2）材料因具有光催化活性高、穩定性好、價格低廉、原料豐富等優點，在光催化及光電轉化領域具有巨大的應用潛力。但由於傳統TiO2具有較寬的禁帶寬度，限制了對可見光甚至近紅外光的吸收，致使光催化分解水制氫的效率較低。另外，傳統光催化劑的製備過程中存在催化劑負載困難及載體對催化劑具有副作用等問題成為了光催化劑實用化、產業化的瓶頸。

針對這些問題，中佛羅里達大學的Limin Guo博士和Yang Yang教授等人利用電化學腐蝕的方法設計出規則有序排列的TiO2短管陣列薄膜，並在TiO2短管內表面均勻生長出多層硫化鉬（MOS2）納米片（圖1），並將其應用於太陽光分解水制氫中。他們通過實驗觀察和進一步的理論計算證明MOS2中的硫缺陷是造成該材料具有可見光吸收的原因，結合TiO2的紫外光吸收和MOS2本身的近紅外光吸收，製備出一種可以在廣譜太陽光範圍內實現光吸收的催化劑。TiO2短管陣列在新型的光催化劑中不僅起到吸收紫外光的作用，同時也可實現對MOS2催化劑的搭載，從而提高太陽光的利用效率和光催化過程的穩定性。進一步的實驗同時證明這種催化劑可以在惡劣的環境下實現海水的分解制氫。相關研究成果發表在Energy & Environmental Science上。Limin Guo博士為論文的第一作者，中佛羅里達大學的Yang Yang教授和美國西北太平洋國家實驗室的Yingge Du研究員為該工作的共同通訊作者。