香港城市大學(xué)的一個(gè)研究小組通過向金屬氧化物催化劑中添加磷,成功地在低壓下調(diào)節(jié)了電荷載體的不良傳輸。
金屬氧化物是光電化學(xué)(PEC)水分解制氫替代燃料的一種有前途的催化劑。然而,它們的有效性在低電壓下受到限制。添加磷可以減少水分解過程中的能量損失。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在科學(xué)期刊《自然通訊》上。
釩酸鉍(BiVO4)是一種金屬氧化物半導(dǎo)體,對紫外線和可見光都有反應(yīng),被視為光電化學(xué)水分解的最佳光催化劑,該過程產(chǎn)生氫氣作為替代燃料。
研究人員解釋道:“在光電化學(xué)水分解過程中,氫氣和氧氣由水產(chǎn)生,使用陽光和專用半導(dǎo)體作為光催化劑,如釩酸鉍。利用光能和額外的小電壓供應(yīng),光催化劑將水分子直接分解成氫氣和氧氣。然而,如果電壓供應(yīng)太低,則不能有效地提取大部分光激發(fā)電荷載流子,導(dǎo)致能量損失并影響水分離效率。這種不良的電荷傳輸主要是由于電荷載流子的陷阱態(tài)和小極化子的形成?!?/p>
天然缺陷和極化子的形成阻礙電荷載流子傳輸
利用太陽能,半導(dǎo)體中的電子被激發(fā),可以向上反彈并穿過帶隙從價(jià)帶到導(dǎo)帶,從而產(chǎn)生電流流動。但是半導(dǎo)體的固有缺陷會引入“陷阱態(tài)”,它會捕獲光誘導(dǎo)電子和帶正電的空穴,直到它們重新結(jié)合,阻止它們自由移動成為電流。
此外,當(dāng)電子在半導(dǎo)體內(nèi)被激發(fā)時(shí),其電荷可以引起晶格膨脹,將電子限制在晶格單元內(nèi),并形成一個(gè)小極化子,這可以被視為一種強(qiáng)烈俘獲電子的深阱狀態(tài)。它需要熱振動能量(稱為極化子跳躍激活能)從一個(gè)位置跳到另一個(gè)位置。因此,小極化子的形成對電荷遷移率有不利影響,這在過渡金屬氧化物中很常見。
研究團(tuán)隊(duì)接受了這一挑戰(zhàn),尋找提高電荷遷移率的方法。他們發(fā)現(xiàn),通過用磷摻雜修飾釩酸鉍光陽極,電荷遷移率比原始光陽極高2.8倍。這也大大提高了電荷分離效率,在0.6V時(shí)高達(dá)80%,比原始電荷分離效率強(qiáng)約1.43倍,在1.0V時(shí)高至99%。
研究人員表示:“我們發(fā)現(xiàn),摻入磷后,釩酸鉍光陽極的極化子跳躍激活勢壘降低。這一點(diǎn)通過我們的理論和實(shí)驗(yàn)研究得到了證明?!?/p>
磷摻雜的協(xié)同效應(yīng)
該團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)和測量還證實(shí),磷摻雜鈍化了釩酸鉍表面上固有形成的陷阱態(tài),從而增加了用于分解水分子的開路光電壓。
他們表明,通過同時(shí)介導(dǎo)極化子跳躍勢壘和陷阱狀態(tài),摻雜磷的釩酸鉍中的電荷傳輸?shù)玫搅烁纳?,從而在低壓下引入了高效的光電化學(xué)水分解制氫。協(xié)同效應(yīng)允許磷摻雜的釩酸鉍在0.6V下表現(xiàn)出2.21%的創(chuàng)紀(jì)錄的高光子-電流轉(zhuǎn)換效率。
研究人員指出:“我們希望對釩酸鉍性能增強(qiáng)的機(jī)制理解將為許多光活性金屬氧化物的陷阱態(tài)鈍化和極化子跳躍提供關(guān)鍵見解,更重要的是,將為高效制氫提供一個(gè)潛在的選擇,以幫助實(shí)現(xiàn)碳中和。”
這項(xiàng)工作最突出的是太陽能和電力的聯(lián)合輸入,以從水中釋放氫氣。
數(shù)據(jù)顯示,2024年9月,我國7米以上大中型新能源客車共銷售4584輛,環(huán)比(3010輛)增長52.29%,同比(3493輛)增長31.93%;1-9月,累計(jì)銷售23695輛,同比(22688輛)增長4.44%,較1-8月累計(jì)(下降0.44%)增長近5個(gè)百分點(diǎn),累計(jì)增幅由負(fù)轉(zhuǎn)正。9月份我國新能源客車市場發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。 9月:遠(yuǎn)程/中車進(jìn)三甲 歐輝/金龍/中通晉級 七家企業(yè)銷量“雙增” 由上表可見,在7米以上新能源客車銷量排名上,今年9月,宇通客車(600066.SH)銷量為1102輛,拿下新能源客車市場銷冠,并成為唯一一家單月銷量破千的品牌;排名躍升第二的遠(yuǎn)程商用車,銷量為615輛,并于7月后再一次進(jìn)入銷量前十;排名第三的中車電動,銷量為599輛,較上月排名上升兩位。其余企業(yè)中,福田(600166.SH)歐輝、廈門金龍和中通客車(000957.SZ)排名較上月分別提升一位。 在7米以上新能源客車銷量表現(xiàn)上,今年9月,前十企業(yè)中有7家企業(yè)實(shí)現(xiàn)了環(huán)比與同比“雙增”,即宇通客車、遠(yuǎn)程商用車、中車電動、上海申沃、福田歐輝、廈門金龍和中通客車。其中,中車電動銷量同比增長470.48%,領(lǐng)漲行業(yè);福田歐輝和廈門金龍也實(shí)現(xiàn)銷量同比翻倍增長;宇通客車銷量同比增長也接近8成。而遠(yuǎn)程商用車、中車電動、福田歐輝、廈門金龍和中通客車等企業(yè)實(shí)現(xiàn)...