项目名称: 基于高效光电化学池器件的过渡金属氧化物光电极材料的设计与可控制备

项目编号: No.21476271

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 有机化学

项目作者: 童叶翔

作者单位: 中山大学

项目金额: 90万元

中文摘要: 本项目面向能源技术和资源循环利用的重大需求,针对太阳能高效光解水纳米电极材料的大面积可控制备和光电化学池(PEC)器件设计及研制这一关键科学问题;拟通过理论设计、形貌控制、结构调控等策略,利用电沉积技术,在ITO或FTO等宏观导电基体上,实现具有高光活性、高导电性、高稳定性的n型光阳极(Fe2O3, TiO2, WO3)与p型光阴极纳米材料(Cu2O, CuO)的大面积可控制备;结合离子交换、表面复合、构建异质结等后续改性方法,系统深入地研究光电极纳米材料的形貌、结构、成分等与导电性及光电化学性能的相互关系,并阐明其界面反应机理和光电化学性能调控机制;进而以所制备的n型光阳极与p型光阴极材料构建高效Z型PEC器件,归纳PEC光阳极与光阴极材料匹配性与光解水机理之间的内在规律,研制出具有高效、稳定的PEC光解水器件;为新型光电极材料的设计与可控制备和构建太阳能高效光解水制氢体系提供科学基础。

中文关键词: 过渡金属氧化物;光电极;纳米材料;光电化学池;水分解

英文摘要: To meet the demand for the significant energy technology and resource recycling, this project aims to address the problems of large-scale and controllable preparation of high-efficient nanostructured photoelectrodes and design and fabrication of whole photoelectrochemcal (PEC) cell. We propose to use the electrochemcial methods to massively and controllably synthesize highly photoactive, electrial conductive and stable n-type photoanode materials such as Fe2O3, TiO2, WO3, etc. and p-type photocathode materials such as Cu2O, CuO, etc. on the conductive ITO and FTO substrates via theroretical design, morphological, structural and componential manipulation. We will adopt some strategies including ion exchange, surface modification and heterostructures, etc. to further improve the PEC properties of these photoelectrodes, and will in-depth investigate the relationship bewteen the morphogy, structure, component and their PEC properties. We will elucidate the mechanisms of the interfacial reaction and tunable PEC properties. Finally, we will also assemble and fabricate the whole PEC cells with a Z-scheme based on the as-prepared photoanodes and photocathodes, and study their performance on solar water splitting. We will summarize the relationship bewteen structural, compositional and band alignment characteristics of the n-type photoanodes and p-type photocathodes and the PEC performance, which will help to achieve high efficiency and excellent stability for solar water splitting. This project will provide a scientific basis for the design and preparation of new photoelectrodes as well as the fabrication of high-efficient PEC cell for water splitting.

英文关键词: Transition metal oxide;Photoelectrode;Nanomaterials;Photoelectrochemical cell;Water splitting

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