研究实现光催化助催化剂调控内建电场成像

最近，博士、范研究员、中科院大连化学所院士等利用自主研发的空间分辨表面光电压谱和开尔文探针成像系统，研究了助催化剂在太阳能燃料转化过程中的作用。他们发现纳米级助催化剂可以有效地控制光催化材料内建电场的方向和大小，在界面形成高达2.5千伏/厘米的内建电场，局部光电压值可以提高80倍。本研究揭示了助催化剂提高光催化甚至热催化性能的新机理。这篇文章发表在最近出版的《纳米快报》上。

助催化剂是光催化和光电催化转化太阳能为化学能过程中非常重要的组成部分。绝大多数光催化系统需要引入助催化剂来大大提高光催化活性。助催化剂在上述转化过程中的真正作用尚不清楚。其中一个重要原因是光生电荷作为一种重要的反应中间体，参与了催化反应的大部分基本步骤，因此光催化性能的提高不能简单地归因于催化所促进的表面反应动力学。该研究小组使用独立开发的空间分辨表面光电压光谱和开尔文探针成像系统发现，在助催化剂沉积在以四氧化二铋为代表的模型系统上之后，在助催化剂和光催化材料之间的界面处的空穴转移大大增强。令人惊讶的是，在助催化剂未被支撑的区域中的内置电场的方向被反转，并且强度被提高。实验数据和数值模拟结果进一步表明，助催化剂的引入有效地增大了空间电荷层的尺寸，使其从原来的两个独立且相反的内置电场变为相互连接且一致的内置电场，大大增强了电荷分离能力。

该研究还发现，使用双助催化剂可以协同增加内置电场。表面光电压成像研究表明，助催化剂的引入在界面处形成了高达2.5千伏/厘米的电场，有效地分离了空间中的电子和空穴。结果和以前的研究(angew。化学。int。艾德。2015，54，9119114，jpcl，2017，8，1419-1423)形成了光生电荷成像的系统研究，揭示了在有效的太阳能燃料转换过程的构造中，提升表面界面中建立的电场的决定性作用。