FeNiOOH修饰的氧化铁在光解水中的应用

　　能源是人类赖以生存和发展的物质基础，近几十年来，随着化石能源的日渐枯竭和环境污染的加剧，清洁的可再生能源的开发已是迫在眉睫。众所周知，氢能是最理想的替代能源之一，但目前氢能的获取依旧成本高昂，污染环境，因而需要寻求绿色经济的产氢方式。而太阳能因其清洁、安全、便利等特点越来越受到人们的重视并开始在现有能源结构中扮演重要角色。因此，利用太阳能光解水制氢是未来获取氢能的最佳途径之一。a-Fe2O3纳米材料由于其禁带宽度窄（2.0-2.2eV），对太阳光中的紫外光和可见光有良好的光电化学响应，并且其具有来源丰富，价格低廉，无毒，光电化学性质稳定等特点，已成为新型光解水材料的研究热点之一。遗憾的是，尽管a-Fe2O3在光解水中拥有这么多优势，但距离投入实际生产应用还有一定的差距，有多个问题（导电性差，光生载流子寿命短，电子空穴复合较快，水氧化半反应的动力学过程较慢等）亟待解决。 

　　为了解决a-Fe2O3存在的问题，进一步提高其光电转化效率，研究者们从提高导电性和减少电子空穴复合等角度对a-Fe2O3进行了合理修饰，主要包括形貌控制，元素掺杂，构筑异质结以及表面修饰等。而在这些过程中，需要研究各种修饰后氧化铁的电子结构变化。同步辐射软X射线吸收谱非常适用于研究过渡金属L边和氧K边的电子结构变化，能够精确的给出同一材料中各种元素的存在形态以及相互作用，通过分析其谱峰结构能够掌握其结构变化，是研究氧化铁光解水过程的有力工具。 

　　苏州大学钟俊研究组用简单的方法成功地制得了FeNiOOH修饰的氧化铁光电极。首先用通过水热得到常规的氧化铁纳米材料，然后用电化学沉积法成功将FeNiOOH助催化剂负载于Fe2O3，实验发现，相对比于单独的FeOOH或NiOOH助催化剂，在二者皆存在的情况下，FeNiOOH修饰的氧化铁性能得到了极大地提高，有效的降低了起始电压。这种助催化剂还具有普适性，将其负载于铂修饰（在FeOOH上滴加氯铂酸再退火得到Pt-Fe2O3）的a-Fe2O3光电极表面后，光电流密度得到进一步提高，起始电压得到明显的降低。该研究利用北京同步辐射装置4B7B-软X射线吸收谱学实验站进行的软X射线吸收谱分析了这种助催化剂的电子结构，确认其价态及存在形式，有效的和以往的助催化剂进行了区分,为实验的机理解释提供了强有力的证据。该成果发表在2016年的Phys. Chem. Chem. Phys.杂志上（Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 10453—10458）。 

　　图1 FeNiOOH助催化剂负载后的氧化铁光电极的光电流图（上图a）以及FeNiOOH助催化剂负载于Pt修饰的氧化铁光电极的光电流图（上图b）；利用北京同步辐射装置（BSRF）得到的FeNiOOH负载前后的Fe, Ni, O吸收边谱图（下图a,b,c），它们清晰的展示了助催化剂的存在形式。

　　发表文章： 

　　Jiujun Deng, Xiaoxin Lv, Hui Zhang, Binhua Zhao, Xuhui Sun and Jun Zhong*, Loading the FeNiOOH cocatalyst on Pt-modified hematite nanostructures for efficient solar water oxidation, Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, 18, 10453-10458.