由東京工業大學前田和彥副教授領導的一個研究小組與京都大學合作,發現由氧化鈦和氫氧化鈷組成的複合材料可用作在可見光照射下分解水的光電極。預計不僅可以用於生產水解氫,還可以用於二氧化碳的光還原,二氧化碳是全球變暖的罪魁禍首。
從實現將太陽光中豐富的可見光轉化為化學能的“人工光合作用”的角度,開發將水分解為氫和氧的光電極是一個重要課題。由於某些金屬氧化物如二氧化鈦相對容易合成且化學性質穩定,因此已廣泛研究它們作為水分解的光電極材料。但是,它們中的大多數都具有較大的帶隙(導帶和價帶之間的能量差),因此存在只能吸收紫外光的大問題。
Maeda副教授和他的同事們發現,將氫氧化鈷沉積在層壓在透明導電玻璃上的氧化鈦薄膜上的電極變成了一種在可見光照射下分解水的新型光學電極。發現單獨使用氧化鈦或氫氧化鈷無法獲得相同的功能,兩者結合產生的可見光吸收能力是功能表達的來源。
這是僅使用氧化鈦和氫氧化鈷等常見材料難以實現的可見光水分解的第一個示例。此外,這種複合光電極還具有可以通過簡單且低成本的方法製造的特點。
未來,有望通過優化光學電極結構和電解條件以及研究類似物質的組合來提高性能。另外,本次的複合光電極不僅可以應用於水解氫的製造,還可以作為二氧化碳還原用的光電極部件而被期待。
論文信息:[ACS Applied Materials & Interfaces] 鈷改性金紅石二氧化鈦薄膜光電陽極通過可見光進行界面電子轉移的水氧化