華東理工大學在人工光合成領域取得重要進展

華東理工大學在人工光合成領域取得重要進展

最近，華東理工大學材料學院楊化桂教授課題組在人工光合成領域取得重要進展，研究成果以“設計介孔單晶氧化鐵驅動高效太陽能分解水”為題，發表在納米材料領域國際權威期刊《納米快報》上。據悉，這一研究成果有望為單晶陷光結構半導體材料的可控合成提供重要設計原則，并為太陽能轉化和存儲等相關領域功能材料（催化劑）的設計和制備提供理論依據。

氫氣是一種清潔、可再生的理想能源載體，借助光電化學分解水過程將太陽能高效穩定地轉換為氫能，是解決全球能源和環境問題最為理想的方式之一。研究表明，在這一轉換過程中，對光子的管理以及光生載流子的輸運直接決定了光電化學分解水器件的能量轉換效率。然而，如何同時實現高效光子管理和快速電荷傳輸仍是該領域的一大挑戰。“陷光結構”可通過管理光子在材料內部的光程從而提高光子捕集能力，“單晶材料”則可實現光生載流子的快速輸運。因此，在“單晶材料”中引入“陷光結構”以同時實現高效光子捕集和快速電荷輸運，對可控構建高效光電化學分解水器件具有重要的理論研究意義和現實應用價值。

楊化桂教授課題組采用氟化鈉作為配體，以氧化硅球的水溶膠為模板劑，首次通過結晶-蝕刻的方法可控制備了單晶陷光結構氧化鐵。通過調控反應體系內氟離子與氧化硅球的摩爾比例，該課題組發現，較高濃度的緊密堆積氧化硅球將作為氧化鐵晶體生長的成核中心；同時，體系內較低濃度的氟離子將控制氧化鐵晶體的生長速率，從而可控制備出單晶陷光結構。因介孔單晶氧化鐵高效的光子管理和電荷輸運能力，以該材料作為光電化學分解水器件的光陽極時，其光電流是實心氧化鐵光陽極的20倍，從而大幅度提升了光電化學器件的能量轉換效率。

（Grace）