杨世和/王新伟/童叶翔AFM：捕获太阳光中的红外部分加快电荷传输以实现更高效的光电催化水分解- 大数跨境

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杨世和/王新伟/童叶翔AFM：捕获太阳光中的红外部分加快电荷传输以实现更高效的光电催化水分解

科学材料站

2022-01-26

导读：本文设计了一种红外辅助PEC光电极，以大幅拓宽对太阳能吸收光谱并以此提高电极光电性能

光（电）催化(PEC)的工作温度可以同时影响电极的表面反应速率、内部空穴扩散速率以及掺杂效率等因素，尽管研究人员已经注意到工作温度对PEC电极性能的巨大作用，但导致性能提升的主要原因仍不明确。

此外，传统的热辅助光（电）催化通常需要额外的能量输入，例如电加热板或红外灯，这将不可避免地降低实际的光制氢效率。值得注意的是，在通常设计的自驱动光电催化水分解器件中，由于光电极和太阳能电池常用的是宽带隙半导体，导致波长超过850 nm的太阳光（占总太阳能的30%以上）通常会被浪费。

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基于此，北大深研院和深圳湾实验室杨世和团队联合深研院王新伟团队和中山大学童叶翔团队设计了一种红外辅助PEC光电极，以大幅拓宽对太阳能吸收光谱并以此提高电极光电性能，如下图所示。

图1 光热辅助的光电极

通过二向色镜将入射太阳光分割为透射光束（300-505 nm ; 850-2100 nm）以及反射光束（510-850 nm），分别分配给光热电极以及钙钛矿太阳能电池，构建了一种新型L-型自驱动水分解器件，如图2所示。

图2 L型PEC-PV串联自驱动水分解装置

图3显示了ITO玻璃和Au/Ni/ITO光热基底在红外灯照射下的热成像图。在经过仅几分钟的照射后，Au/Ni/ITO的温度比ITO高出三十多度，表明其优秀的光热转化性能。他们还利用间接开路电位法监测了电极表面附近的局部温度变化。实验结果表明Au/Ni/ITO表面和电解液块体之间至少存在5.6 K的温差。