在低偏压下促进赤铁矿光阳极上的多孔水氧化催化

近年来，光电化学(PEC)水氧化反应因其在太阳能转换中的重要性而备受关注。对于这种在ms-s长时间尺度内缓慢的四孔和四质子转移反应，越来越多的研究表明，多个表面捕获空穴的积累(例如，赤铁矿表面的高价铁氧合)或“氧化当量”是高效PEC水氧化过程的先决条件。以前的PEC水氧化研究通常应用高电位(>1.2VRHE)来实现这一关键。但是如何在低偏置(接近起始电位)下完成多孔转移仍然未知。

中国科学院光化学重点实验室张玉超教授领导的一项发表在《科学中国化学》杂志上的研究试图解决这个问题。

张的研究小组研究了激发能在多孔聚集过程中的重要作用。PEC表征和速率定律分析表明，UV激发可以显着促进多个表面捕获空穴的积累，从而使起始电位阴极偏移220mV，并将PEC水氧化活性提高一个数量级。

随后的体积传输动力学和表面电荷转移动力学表明，与可见光激发相比，紫外激发降低了自陷激子的形成概率，并导致表面空穴增加约3至5倍，这是促进了多孔堆积过程。

这些优势使UV激发在1太阳光照射下贡献了约40%的总光电流，尽管其能量仅占入射光的6%。该机制也适用于在低偏压下促进其他多孔催化(如硫醚和亚硝酸盐的氧化)。