及电荷传输机理

本项目 (21603225 国家自然科学基金青年基金 ) 旨在主要通过对光阳极的基底 - 电极、电 极 - 溶液界面进行功能层的组装，合理构筑复合光阳极体系，提高电极活性和稳定性，并探讨光 电催化分解水中界面功能层的作用和电荷传输机理。 前期研究了助催化剂 (Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15, 4589)、电解液离子(J. Phys. Chem. B, 2015, 119, 3560)、基底电子传导层 (ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 3791) 等因素对电极溶液界面、电极 - 基底界面及光电性能的 影响，并发表光电催化分解水研究的Perspective文章(ACS Catal. 2017, 7: 675)，系统总结和讨 论了助催化剂、电解液和界面功能层修饰的重要作用。2018年模拟自然光合系统PSII中的 P680、 Tryz酪氨酸、CaMn4O5 水氧化中心的关键功能，将BiVO4 光阳极和 Co分子催化剂结合，并引入 层状氢氧化物和氧化石墨烯作为空穴传输中间体，复合光阳极显示出高效、稳定的光电氧化水 活性，太阳能至氢能转化效率高达2%。研究发现Co分子可显著促进表面水氧化反应动力学，降 低过电位，LDH界面层具有空穴储存层的作用，抑制BiVO4 电极光腐蚀，氧化石墨烯可显著促进 LDH/BiVO4 和分子催化剂之间的电荷传输。该工作表明利用仿生策略和表界面修饰策略构建人 工光合系统的可行性，为高效光阳极系统的构建指明新方向 (J. Am. Chem. Soc., 2018, 140(9), 3250-3256)。