ACS Catalysis：亲水有机空穴储存层，助力Fe2O3/Fe2TiO5光阳极水氧化

第一作者：邓久军

通讯作者：许晖*，钟俊*

单位：江苏大学，苏州大学

近年来，由于有机半导体材料所具有的独特光/电特性，无机/有机复合光阳极的制备受到了越来越多的关注。在本工作中，通过1-羟乙基-1,1-二膦酸（HEDP）在Fe₂O₃/Fe₂TiO₅异质结表面的沉积，成功地制备了一种新型无机/有机复合光阳极。

研究发现，作为一种高效的亲水空穴存储层，HEDP包覆层不仅可以有效地促进光生电荷的转移与传输，同时也可以显著地抑制表面电子-空穴对的复合。受益于表面光生电荷动力学行为的明显改善，其所制备的HEDP-Fe₂O₃/Fe₂TiO₅复合光阳极在1.23 V（相对于可逆氢电极，vs. RHE）处的光电流密度达到了3.10 mA cm^-2，起始电位也发生了明显的负向移动（~120 mV）。

此外，在进一步负载FeNiOOH助催化剂后，复合光阳极在1.23 V处的光电流密度提升到了3.40 mA cm ^-2，并获得了更低的起始电位值。

基于此，江苏大学能源研究院邓久军研究员，许晖教授，苏州大学FUNSOM研究院钟俊教授，在国际知名期刊ACS Catalysis上发表题为“Improved Water Oxidation of Fe₂O₃/Fe₂TiO₅ Photoanode by Functionalizing with a Hydrophilic Organic Hole Storage Overlayer”的文章。

这项工作展示了通过在Fe₂O₃/Fe₂TiO₅异质结表面沉积一层亲水的1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸（HEDP）空穴存储层以制备新型无机/有机复合光阳极的方法，证实了有机半导体集成在显著改善赤铁矿光电催化活性方面的独特作用。

图1. HEDP-Fe₂O₃/Fe₂TiO₅光阳极的制备流程图及工作机理示意图

 研究发现，HEDP包覆层可以显著提高Fe₂O₃/Fe₂TiO₅异质结的电荷储存能力，进而抑制表面光生电子-空穴对的复合。同时，HEDP分子中丰富的羟基和磷酸基团使其具有高度的亲水性，可以通过促进光生电荷的转移与传输进一步改善表面电荷的动力学行为。

受益于HEDP包覆层的双重作用，所制备的HEDP-Fe₂O₃/Fe₂TiO₅光阳极在1.23 V vs. RHE处的光电流密度提高到了3.10 mA cm^-2，起始电位也发生了较为明显的负向移动（~120 mV）。在负载FeNiOOH助催化剂后，光阳极的电流密度进一步提升到了3.40 mA cm^-2，并伴有更为显著的起始电位负向移动。

图2. 不同光阳极的J-V性能图(a)，ABPE效率图(b)，计时安培光电流(c)，电荷存储与电位曲线(d)

Improved Water Oxidation of Fe₂O₃/Fe₂TiO₅ Photoanode by Functionalizing with a Hydrophilic Organic Hole Storage Overlayer

投稿请联系contact@scimaterials.cn