项目名称: 高效智能化光解水器件的制备与相关机理研究

项目编号: No.21503209

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 王智杰

作者单位: 中国科学院半导体研究所

项目金额: 21万元

中文摘要: 面向国家重大能源需求,针对光解水系统中常规半导体对光生载流子分离效率低以及很难对光电化学反应进行控制的问题,本项目提出用铁电材料取代常规的半导体材料,利用铁电材料的大范围存在且可以自由调控的极化电场,达到对光电化学反应的高效且智能化控制,制备高性能的光解水器件。通过研究铁电材料极化电场的大小与方向对光生载流子迁移效率以及方式的影响,解决光生载流子在光解水体系内传输效率低与传输方向不可控的科学问题,达到对载流子传输方向以及光电化学反应的控制。结合量子点材料和纳米金属等材料的诸多优势,对铁电光解水系统进行修饰,实现制备高效智能化光解水器件的目标。这种对于光电化学甚至电化学反应的智能化控制,不仅会对光解水领域带来一场革新,也会对其他光电催化领域(比如,二氧化碳的降解等)带来积极的影响。

中文关键词: 铁电材料;高效光解水器件;智能化控制

英文摘要: In order to meet the globally increasing requirements in energy demand, herein, we employ ferroelectric materials to replace the conventional semiconductors in water splitting system for addressing the issues of low charge carrier transport efficiency in semiconductors and non-tunable photoelectrochemical reactions at the interface of semiconductor/electrolyte. We plan to utilize the large, stable and manipulatable depolarization electric field extending over the whole film volume in the ferroelectric materials, to transport the photo-generated charge carriers efficiently and flexibly. In this regard, the photo-excited electrons could be either conducted to the ferroelectric/electrolyte interface to drive photoelectrochemical reduction reactions or be transferred to the bulk of the ferroelectric materials leaving the holes to initiate photoelectrochemical oxidation reactions, just by switching the direction of the depolarization field in the ferroelectric films. By modifying the ferroelectric materials with quantum dots or plamonic metallic nanostructures, the solar energy conversion efficiency of the smart water splitting system could be improved furthermore. This concept would have great impact on the field of solar fuel generation by water splitting or carbon dioxide reduction.

英文关键词: Ferroelectric materials;high efficient water splitting system;Intelligent control

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