可见光响应光阳极基底-电极和电极-溶液界面修饰及电荷传输机理

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)。