理工學(xué)院鄒志剛院士、涂文廣教授、和朱熹教授合作在J. Phys. Chem. Lett.上發(fā)表文章
近日，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院的鄒志剛院士、涂文廣教授和朱熹教授合作在《Journal of Physical Chemistry Letters》發(fā)表題為In Situ Determination of Polaron-Mediated Ultrafast Electron Trapping in Rutile TiO2 Nanorod Photoanodes的研究成果。
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1.研究背景
氣候變化和能源問(wèn)題是當(dāng)前突出的全球性挑戰(zhàn)。“在“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)下，氫能被譽(yù)為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?。太?yáng)能光催化制氫方法是一種成本低廉、集光轉(zhuǎn)換與能量存儲(chǔ)于一體的方法，具有許多優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)可在常溫常壓下進(jìn)行；原料簡(jiǎn)單豐富；直接利用太陽(yáng)能無(wú)需耗費(fèi)輔助能源；反應(yīng)不含碳元素，綠色環(huán)保；是最具前景的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化利用方法之一，可真正實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)社會(huì)的愿景。因此，太陽(yáng)能光催化分解水制氫技術(shù)被認(rèn)為是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)的綠色化學(xué)方法之一。各國(guó)政府已經(jīng)將太陽(yáng)能資源利用作為國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要清潔能源之一。我國(guó)太陽(yáng)能資源十分豐富，每年可供開(kāi)發(fā)利用的太陽(yáng)能約 1.6×1015 W，大約是 2010 年我國(guó)能源消耗的500倍，為光催化制氫提供了豐富的能量來(lái)源。光電水分解制氫是一種將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕臍淠茉吹木G色技術(shù)之一。光電水分解制氫過(guò)程中，由于水氧化反應(yīng)在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上極難發(fā)生, 因此通過(guò)探究水氧化反應(yīng)載流子動(dòng)力學(xué)是提高效率的有效途徑之一。
2. 研究概要
該工作利用原位瞬態(tài)吸收光譜研究TiO2光電極中極化子調(diào)控對(duì)光電載流子傳輸機(jī)制的影響。研究發(fā)現(xiàn)在350nm的激光激發(fā)下，發(fā)現(xiàn)720nm附近的飛秒瞬態(tài)吸收光譜，該吸收來(lái)自于光生電子的吸收。確認(rèn)了外加偏壓對(duì)瞬態(tài)吸收光譜的影響，外加負(fù)偏壓吸收光譜衰減弛豫時(shí)間常數(shù)變小，外加正偏壓吸收光譜衰減弛豫時(shí)間常數(shù)變大，這一現(xiàn)象的物理本質(zhì)與表面極化子態(tài)的填充狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)增加TiO2光電極中極化子，發(fā)現(xiàn)外加正偏壓吸收光譜衰減弛豫時(shí)間常數(shù)更加延長(zhǎng)，確定極化子有利于電子的捕獲，從而提高水氧化能力。該工作利用原位瞬態(tài)吸收光譜方法研究了半導(dǎo)體光激發(fā)過(guò)程，為提高光電水分解制氫提供新思路。
3.作者簡(jiǎn)介
涂文廣
香港中文大學(xué)（深圳）研究助理教授
2015年獲南京大學(xué)物理學(xué)院博士學(xué)位，2015至2020年在新加坡南洋理工大學(xué)從事研究博士后研究工作，2020年6月起任職于香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院。主要從事于低維光電材料表界面結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)下的小分子轉(zhuǎn)換，取得了一系列重要成果，迄今為止已在Nature ?Communications, ?Advanced ?Material, ?Advanced ?functional ?Material, ?ACS Catalysis, ACS Energy Letters等期刊上發(fā)表論文70余篇, ?SCI被引超過(guò)7400次，H指數(shù)為42。并且擔(dān)任Materials Today，Water Research，Applied Catalysis B: Environmental，Nanoscale等著名期刊審稿人。
朱熹
香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院助理教授
2006 年從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班學(xué)院獲得應(yīng)用物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，并于 2011 年在新加坡南洋理工大學(xué)獲得材料建模領(lǐng)域的博士學(xué)位。主要從事低維光電納米材料中的理論計(jì)算、人工智能輔助光電納米新材料的設(shè)計(jì)、及無(wú)人化和智能化的云端實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)研究。在香港中文大學(xué)（深圳）建立目前全國(guó)唯一的云端材料合成實(shí)驗(yàn)室，在人工智能技術(shù)在材料理論和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的協(xié)同優(yōu)化方面處于相對(duì)比較領(lǐng)先的地位。近幾年在Nature Communication, Nature Review Materials, Nano Letters, ACS Nano, Journal of Physical Chemistry Letters 等國(guó)際著名期刊發(fā)表論文50余篇。
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