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近日，湖北工業(yè)大學馬新國、程正旺教授課題組聯(lián)合陜西師范大學潘明虎教授、江漢大學劉繼延教授、文達大學Fhulufhelo Nemangwele等，在光電催化分解水制氫材料研究中取得重要進展，相關(guān)成果以“Synergistic Effect of Topological Semimetal TiSi and Plasmonic Cu for Enhanced Photoelectrocatalytic Water Splitting of TiO2 Nanorod Array"為題發(fā)表在國際知*期刊《Inorganic Chemistry》上。今天小卓為大家分享該研究成果，希望對您的科學研究或工業(yè)應(yīng)用帶來一些靈感和啟發(fā)。

開發(fā)高效、穩(wěn)定的光電催化材料是實現(xiàn)太陽能驅(qū)動水分解制氫的關(guān)鍵。湖北工業(yè)大學等單位的研究團隊結(jié)合磁控濺射與真空熱蒸發(fā)技術(shù)，在TiO2納米棒陣列上依次沉積拓撲半金屬TiSi薄膜與等離子體Cu納米顆粒，構(gòu)建出TiO2/TiSi/Cu復(fù)合光陽極。該結(jié)構(gòu)充分利用TiSi的拓撲線性能帶結(jié)構(gòu)作為電子的高速傳輸通道，協(xié)同 Cu的表面等離子體共振（SPR）效應(yīng)，共同增強光吸收、促進載流子分離與傳輸、延長載流子壽命，進而顯著提升可見光驅(qū)動下的光電催化分解水性能。在>420 nm可見光照射下，TiO2/TiSi/Cu光陽極的光電流密度達到純TiO2的17.84倍，并表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。這些結(jié)果不僅為TiO2基光陽極的性能優(yōu)化提供了新思路，也為拓撲材料在能源催化領(lǐng)域的應(yīng)用拓展了新的方向。

Figure 1. TiO2/TiSi/Cu光陽極的制備方法、晶相和界面.

Figure 2. TiO2, TiO2/TiSi和TiO2/TiSi/Cu納米柱陣列的表界面形貌和納米柱尺寸分布.

Figure 3. 吸光特性、光電流與阻抗.

Figure 4. 穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)熒光譜.

Figure 5. 可見光條件下的產(chǎn)氫性能與循環(huán)穩(wěn)定性.

Figure 6. 接觸前后的能級位置和載流子傳輸機制.

配置推薦

本文中TiO2/TiSi發(fā)光測試使用卓立漢光公司的OmniFluo990穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀完成。OmniFluo990為模塊化搭建結(jié)構(gòu)，通過搭配不同的光源、檢測器和各類附件，為紫外/可見/近紅外發(fā)光測試提供綜合解決方案，也為光電催化分解水制氫催化劑的研發(fā)提供有利工具。

作者簡歷

程正旺，男，湖北工業(yè)大學副教授，博士，碩士生導師，湖北省科學技術(shù)廳入庫專家、高新技術(shù)企業(yè)評審專家。致力于芯片設(shè)計、低維材料與器件、薄膜生長、表面物化等方面的研究，在新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)筑、晶圓級均勻電子薄膜制備、壓電/光電/鐵電性能提升、新型電路架構(gòu)等方面取得系列原創(chuàng)性成果。主持和參與國家自然科學基金、湖北省重點研發(fā)計劃等10余項。主持的企業(yè)委托項目涉及射頻濾波器、載板改性和封裝機理等。在Nature Communications、Nano Letters、Ceramics International等國際高水平期刊發(fā)表SCI論文60余篇，擔任十余個學術(shù)期刊編委或?qū)徃迦?。湖北省?芯片創(chuàng)新發(fā)展研究會、湖北省量子信息科學學會、中國化學會、中國材料研究學會等多個學會會員。獲湖北省自然科學二等獎（2024年）、科創(chuàng)中國·湖北科技經(jīng)濟融合優(yōu)秀項目二等獎（2024年）、首屆企校協(xié)同創(chuàng)新大賽半導體領(lǐng)域?qū)ｍ椯惗泉劊?023年）。

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