蘭州大學化學化工學院靳軍副教授課題組以釓摻雜的赤鐵礦光陽極為模型，揭示了過渡金屬磷化物及其表面演化物種在光電催化水分解中的本質(zhì)作用。
過渡金屬磷化物(TMPs)在多種催化反應(yīng)中得到廣泛研究和應(yīng)用，其在自然條件下很容易衍生出對應(yīng)的磷酸鹽，這兩者在催化反應(yīng)中的真正作用尚不明確。 鑒于此，蘭州大學化學化工學院碩士研究生柴歡和靳軍副教授等人以成本低廉，熱力學穩(wěn)定，環(huán)境友好的釓摻雜的赤鐵礦光陽極為模型，使用原位磷化策略構(gòu)筑了FeP/Gd-Fe2O3核殼結(jié)構(gòu)光陽極，通過對比實驗和完整的表征和測試來研究FeP和Fe-Pi(iron phosphate)在該體系中的真正作用。采用原位磷化法構(gòu)建高效光陽極的優(yōu)點如下：一方面，采用α-Fe2O3作為反應(yīng)物，客觀上減小了納米棒的直徑，更有利于光生空穴從體相遷移到半導體-電解液界面處參與水氧化反應(yīng)；另一方面，與有意修飾的催化劑相比，原位構(gòu)建的異質(zhì)結(jié)構(gòu)/催化劑的界面接觸電阻更小。完整的物理特征證明了FeP及其表面演化的物種(Fe-Pi)的存在。全面的光電化學測試和分析揭示了純FeP和其表面重構(gòu)的Fe-Pi之間的協(xié)同效應(yīng)。具體來說，（1）純FeP可以作為光敏劑，拓寬光陽極的光吸收范圍；（2）純FeP具有優(yōu)異的導電性，可以作為高效的電荷轉(zhuǎn)移層，將光生空穴從價帶輸送到半導體-電解液界面；（3）FeP顯著提高了光陽極的入射光子-電流轉(zhuǎn)換效率，改善了光陽極內(nèi)有效的電子躍遷；（4）FeP經(jīng)過表面重構(gòu)，自然衍生出的Fe-Pi助催化劑，提供了更多的活性位點，降低OER過電勢，進一步加快水氧化反應(yīng)；（4）FeP可以更好地鈍化表面狀態(tài)，增大能帶彎曲，進一步抑制了載流子復合。FeP及其表面重構(gòu)的Fe-Pi的協(xié)同作用顯著改善了α-Fe2O3基光陽極的電荷分離和轉(zhuǎn)移，以及對入射光子和光生空穴的利用。這項工作為理解過渡金屬磷化物在催化反應(yīng)中的重要作用提供了新的見解。 論文信息 Revealing the Essential Role of Iron Phosphide and its Surface-Evolved Species in the Photoelectrochemical Water Oxidation by Gd-Doped Hematite Photoanode Huan Chai, Lili Gao, Dr. Jun Jin 文章第一作者為柴歡 ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202201030
