2018年10月4日，清华年夜学质料学院朱雄伟教授课题组于《进步前辈能源质料》（Advanced Energy Materials）上发表了题为《孪晶结构BiVO4光阳极促成载流子的疏散及传输提高产氧性能》（Twin Structure in BiVO4 Photoanodes Boosting Water Oxidation Performance through Enhanced Charge Separation and Transport）的研究论文。该论文提出了制备具备孪晶结构的BiVO4光阳极的要领，验证了孪晶结构形成的同质结有益在促成载流子的疏散及传输从而提高BiVO4的产氧性能。BiVO4具备较小的带隙（~2.4 eV）、适合的能带结构及较好的稳定性，是今朝有成久远景的光阳极质料之一。可是，BiVO4的载流子的疏散效率低及传输历程迟缓显著增年夜了载流子的复合。BiVO4单晶体险些没有晶体缺陷，可以或许有用降低载流子于BiVO4体内的复合。然而，单晶体的非定向且长间隔传输依然会增年夜载流子的复合。而具备孪晶结构的BiVO4单晶颗粒提供的“违靠违”的势垒及定向传输有益在促成载流子的疏散及传输，从而显著提高BiVO4的光电化学性能。朱雄伟教授课题组经由历程退火电沉积获得的BiOI纳米片（加钒源），获得了具备孪晶结构单晶颗粒组成的BiVO4薄膜。因为BiVO4内的孪晶结构所形成的同质结有用促成了载流子的疏散及传输，其产氧性能获得了显著的晋升（图1）。对于在BiVO4光阳极，孪晶颗粒比例占比最高的光阳极于1.23VRHE下的产氧电流密度是孪晶颗粒比例占比最低的光阳极的两倍摆布。此外，为了削减袒露的基底外貌带来的载流子的复合位点，经由历程“沉积-退火轮回”法（图2）提高BiVO4于基底的笼罩度。所获得具备最优孪晶结构及笼罩度的BiVO4光阳极于0.6及1.23 VRHE下的电流密度划分为~2.1及~3.1 mA/cm2，于0.6 VRHE下可以获得1.35%的转换效率。该BiVO4孪晶的制备要领，为其它具备孪晶结构的半导体的制备提供了参考及借鉴。

图1 孪晶结构有用提高产氧性能的原理图

图2 “沉积-退火”轮回制备要领示用意

最近几年来，朱雄伟教授团队专注在低维质料的可节制备、性能表征和运用技术开发，于情况/能源、柔性器件领域取患了多项主要结果。相做事情发表于《化学学会评论》（Chemical Society Reviews）、《进步前辈质料》（Advanced Materials）、《进步前辈能源质料》（Advanced Energy Materials）、《纳米快报》（Nano Letters）、《科学进展》（Science Advances）亚洲必赢24小时客服-等期刊上。本文第一作者为清华年夜学质料学院2016级博士生黄美榕，通信作者为朱雄伟教授及北京年夜学李志宏教授。本研究获得了国家天然科学基金委基础科学中央项目及面上项目的资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201802198

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