由于赤鐵礦基電催化劑(EC)和用于析氧反應(yīng)(OER)的光電催化劑(PEC)具有成本低和良好的化學(xué)性質(zhì)，開發(fā)前景十分廣闊。然而，較短的帶隙以及相對(duì)較長(zhǎng)的光穿透深度限制了赤鐵礦光陽極的效率。這些缺點(diǎn)可以通過許多策略來克服，包括電極的納米結(jié)構(gòu)、添加助催化劑和結(jié)合等離子體納米粒子。基于此，武漢大學(xué)陳勝利和倫敦帝國(guó)理工學(xué)院D. JasonRiley等通過簡(jiǎn)單的退火和滴涂策略制造了一種含有Vo和AuNSs的赤鐵礦基雙功能催化劑，用于堿性介質(zhì)中的EC和PEC水氧化。在氧空位和金納米顆粒的協(xié)同作用下，赤鐵礦具有優(yōu)異的OER電催化性能，在電流密度為10 mA cm-2時(shí)僅需281 mV的低過電勢(shì)。密度泛函理論(DFT)研究表明，Vo的覆蓋率控制著表面Fe位點(diǎn)的d帶中心，OER性能與Vo覆蓋率顯示出火山關(guān)系；在具有低Vo覆蓋率的赤鐵礦上添加金納米顆粒將含氧中間體的吸附強(qiáng)度提高到最佳點(diǎn)并增加OER活性。對(duì)于光電催化，研究人員基于催化理論發(fā)現(xiàn)氧空位提高了體電導(dǎo)率和表面催化，并在高光強(qiáng)度下表現(xiàn)出降低的活化能。AuNSs通過費(fèi)米能級(jí)平衡提高了載流子濃度和優(yōu)化了HEI機(jī)制，表面催化補(bǔ)償了Vo引起的界面復(fù)合的負(fù)面影響，對(duì)PEC性能起到協(xié)同增強(qiáng)作用。該工作不僅提高了電催化活性，抑制了光生電子和空穴的復(fù)合，而且詳細(xì)證實(shí)和解釋了氧空位和金納米顆粒在赤鐵礦基催化劑中的作用，為赤鐵礦基催化劑的設(shè)計(jì)和改性指明了一條可行的途徑。Unravelling the Synergy of Oxygen Vacancies and Gold Nanostars in Hematite for Electrochemical and Photoelectrochemical Oxygen Evolution Reaction. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.106968
