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李严波教授团队Nature Communications最新研究成果

 发布时间:2022-03-03 点击量:645

电子科技大学李严波教授团队在Nature Communications(自然-通讯)期刊上发表了最新研究成果“Interface engineering of Ta3N5 thin film photoanode for highly efficient photoelectrochemical water splitting"。


团队通过对氮化钽(Ta3N5)薄膜进行界面修饰,并将这种高效的界面修饰方法与NiCoFe-Bi产氧助催化剂相结合,In:GaN/Ta3N5/Mg:GaN薄膜光阳极光电转换效率达到了3.46%,最高光电转化效率。其中我公司代理的XES-40S3-TT光催化专用AA*太阳光模拟器在研究过程中提供了有效的帮助。


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主要内容

先进的界面修饰工程不仅可以提高器件的光电转换效率,还可以提高器件的稳定性。文中对Ta3N5薄膜光阳极的Ta3N5/电解液界面和Ta3N5/背电极界面同时进行界面修饰,大幅提高光电转换效率,同时实现了较长时间的稳定光电催化。本文使用“一步高温氮化法",将电子束蒸发和原子层沉积两种方法相结合,制备了“三明治结构"的薄膜光阳极In:GaN/Ta3N5/Mg:GaN。


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 In:GaN/TTa3N5/Mg:GaN薄膜光阳极的制备流程示意图


本文通过PL测试表明,Mg:GaN和In:GaN层可以起到表面钝化作用,降低Ta3N5薄膜中的缺陷浓度。本文通过电化学测试表明,这种界面修饰方法减少了由于表面态缺陷引起的费米能级钉扎作用,降低了光阳极器件的起始电位。最后将这种高效的界面修饰方法与NiCoFe-Bi产氧助催化剂相结合,In:GaN/Ta3N5/Mg:GaN薄膜光阳极光电转换效率达到了3.46%,最高光电转化效率!


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In:GaN和Mg:GaN层在In:GaN/Ta3N5/Mg:GaN薄膜中的作用


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文中提到使用太阳光模拟器(SAN-EI ELECTRIC,XES-40S3-TT)模拟阳光,强度校准为 100 mW cm-2 (AM1.5 G) ,既用于样品长时间沉积,又用于PEC测试。


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XES-40S3-TT光催化专用AA*太阳光模拟器

技术参数:

氙灯功率:150W

有效照射面积:40mm*40mm

光谱不匹配性:<±25%   AM1.5G  *

光强不稳定性:<1%   *

光强不均匀性:<2%   *

氙灯寿命:2000小时

快门控制器:Twin time全自动控制



文献信息:Interface engineering of Ta3N5 thin film photoanode for highly efficient photoelectrochemical water splitting

Jie Fu, Zeyu Fan, Mamiko Nakabayashi, Huanxin Ju, Nadiia Pastukhova1, Yequan Xiao, Chao Feng, Naoya Shibata, Kazunari Domen & Yanbo Li