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耐高温Fe2O3纳米管用于光电解水制氢

氧化铁(Fe2O3)纳米管拥有独特的光学、电学和磁学等性质,在化学传感器、锂离子电池、超级电容、雷达吸波和光解水制氢等领域吸引了广泛的关注。高温焙烧(≥ 750 °C)可以大大提高Fe2O3的结晶性,进而提升其材料性能。然而在高温下,由于材料本身的团聚长大,Fe2O3纳米管结构会受到严重破坏。因此,如何制备耐受高温焙烧(≥ 750 °C)的Fe2O3纳米管一直是研究的重点和难点。


耐高温Fe2O3纳米管用于光电解水制氢


近日,天津大学化工学院的巩金龙教授及其团队以水热合成的FeOOH纳米棒阵列为基底,通过原子层沉积技术(ALD)均匀包覆一层超薄ZrO2薄膜,继而在800 °C的高温下诱导FeOOH向ZrO2外壳的扩散(类似Kirkendall效应),首次制备出可耐受800 °C高温焙烧的高度结晶的Fe2O3纳米管阵列。


研究发现,ZrO2薄膜的厚度对形成中空Fe2O3纳米管结构至关重要,ZrO2过薄(< 2 nm)无法诱导纳米管的生成,而ZrO2过厚(> 4 nm)又会导致Fe2O3纳米管管壁发生破裂。因此,ALD薄膜均一可控的特性在此工作中起到了无可替代的关键作用。作者随后将此Fe2O3纳米管形成的阵列结构作为光解水阳极,在1.23 V(vs. RHE)偏压下,无表面助催化剂时的水氧化光电流可达1.5 mA/cm2,Co-Pi助催化剂可使电流进一步提升至1.87 mA/cm2。


本工作巧妙地利用了高温下FeOOHZrO2扩散的机制,通过外部ZrO2层的诱导,成功制备出耐高温焙烧的Fe2O3纳米管,不仅突破了Fe2O3光电极由于温度耐受性带来的结构限制,同时也为其他先进材料与器件的纳米构筑提供了新的思路。


相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed. (DOI:10.1002/anie.201702266),原文链接如下,或者点击下方阅读原文http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201702266/abstract

作者:Chengcheng Li, Ang Li, Zhibin Luo, Jijie Zhang, Xiaoxia Chang, Zhiqi Huang, Dr. Tuo Wang, Prof. Dr. Jinlong Gong



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