香港城大新技术：改善低电压的水分解效能 促进低耗能生产氢气能源

掺磷的钒酸铋(Phosphorus-doped BiVO4)的电荷迁移率,较一般钒酸铋增强了2.8倍。(图片来源﹕Hao Wu, Lei Zhang, Aijun Du, et al. / DOI: 10.1038/s41467-022-33905-6)

研究的第一作者吴昊博士,曾为吴教授团队的博士后研究员,现为澳门科技大学澳门材料科学与工程研究院助理教授。吴博士提到这次研究的另一亮点时说:“在钒酸铋光阳极掺杂磷质以后,我们发现极化子跳跃的能量屏障有所下降(即降低了极化子跳跃的所需动能)。这是我们经过理论研究和实验证实的结果。”

掺杂磷质带动协同效应

团队的测试证明,钒酸铋在掺杂磷质之后,可抑制物料表面形成电子陷阱的机会,增加“开路光电压”(open-circuit photovoltage)以分解水分子。

他们的研究显示,掺磷的钒酸铋可降低极化子跳跃的能量屏障、抑制电子陷阱形成,从而改善电荷载流子传输,提高光电化学水分解在低压供电下的制氢效能。透过协同效应,掺磷的钒酸铋在0.6V供电下,更展现出破纪录的“光子电流转换效率”(photon-to-current conversion efficiency),达至2.21%。

吴教授说:“我们希望通过透彻理解提高钒酸铋效能的方法,为抑制光敏金属氧化物所产生电子陷阱态、极化子跳动等研究,带来启发性的影响;更重要的是,为有效转化氢气以实现碳中和愿景,提供进一步的潜在解决方案。”

研究论文的第一作者是吴博士,通讯作者是吴教授。来自德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心太阳能燃料研究所及昆士兰科技大学的学者亦有参与研究。

这次研究项目的资金来源包括香港研究资助局,以及深圳市科技创新委员会。

香港城大能源及环境学院吴永豪教授(右)与他的研究团队成员、现为澳门科技大学澳门材料科学与工程研究院助理教授的吴昊博士(左)。(图片来源︰香港城市大学)