中国科学院大连化学物理研究所李灿

xiehui

太阳能光催化分解水制氢是解决能源和环境问题的理想途径。光催化过程涉及半导体受光激发产生电荷、光生电荷分离与传输和光生电荷参与表面催化反应等多个串行步骤，各步骤跨越了多个时间尺度，其中，光生电荷分离与传输是太阳能光催化分解水的核心问题。
        在基于粉末颗粒单一光催化剂体系的光生电荷分离等关键科学问题研究上，李灿院士研究团队经过长期努力已取得了系列重要进展，先后发现了十面体BiVO4晶面间光生电荷分离现象、发展了高对称性半导体SrTiO3的光生电荷分离和极性诱导GaN材料的光生电荷分离新策略，并自主研发光生电荷成像表征新技术同时确认晶面间光生电荷的分离等。研究表明，调控半导体材料的不同暴露晶面可以有效实现光生电子空穴对的分离，但是，晶面对光生电荷分离的本质影响仍有待探索。
最近，中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室李灿院士、李仁贵研究员团队在前期研究基础上，发展了BiVO4方形纳米晶的可控合成方法，制备了暴露不同晶面比例的BiVO4方形纳米晶，详细研究了BiVO4纳米晶的形成和晶面调控过程。进一步发现，在BiVO4方形纳米晶上，光生电子和空穴可以在不同晶面间发生分离，而电荷分离效率依赖于催化剂不同晶面的暴露比例。
        研究人员发现，单斜相BiVO4纳米晶的生长经历了微米球的形成，随后微米球逐渐溶解为小纳米球，最后纳米球重结晶为纳米片的过程，同时伴随着四方相到单斜相的晶相转变。该过程中，在表面活性剂的协助下，BiVO4纳米晶经历了“自组装-去组装-再组装”的生长过程，其中表面活性剂分子的选择性吸附、疏水基团相互排斥和位阻效应共同作用促进了BiVO4方形纳米片的形成。

图1. BiVO4方形纳米晶的形成过程。a-f)不同反应时间下BiVO4样品的SEM：a) 0 min，b) 20 min，c) 40 min，d) 80 min，e) 100 min，f) 120 min；g) BiVO4方形纳米晶形成过程。

       以上工作得到国家自然科学基金委“人工光合成”基础科学中心等项目的资助，谨此感谢。


        论文信息：
       Spatial Separation of Photogenerated Charges on Well-Defined Bismuth Vanadate Square Nanocrystals
        Yuting Deng, Hongpeng Zhou, Yue Zhao, Bin Yang, Ming Shi, Xiaoping Tao, Songqiu Yang, Rengui Li*, Can Li*
        Small
       DOI: 10.1002/smll.202103245
       原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202103245