復(fù)旦大學(xué)先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室鄭耿鋒課題組近日在水分解催化劑上取得重要進(jìn)展，提供了一種在原子層面控制半導(dǎo)體氧化物的氧空位摻雜結(jié)構(gòu)，提高相應(yīng)材料的電化學(xué)性能的通用方法。相關(guān)研究成果作為雜志的封面發(fā)表于《先進(jìn)能源材料》。同時(shí)，該項(xiàng)工作也被Wiley雜志社的中國新聞?？瘓?bào)道。

據(jù)悉，電化學(xué)分解水是一種很有前景的能源利用的方法，可將光能/電能儲存在化學(xué)鍵中。其中一個(gè)關(guān)鍵問題是制備具有高比表面積、高導(dǎo)電性、高催化活性且廉價(jià)的水氧化的催化劑。

研究中，鄭耿鋒與復(fù)旦物理系楊中芹課題組發(fā)展了一種簡單方便的方法，以調(diào)控氧化鈷(Co3O4)的電子結(jié)構(gòu)。研究人員利用水熱方法合成具有介孔結(jié)構(gòu)的Co3O4納米線，并在室溫下用硼氫化鈉溶液對其進(jìn)行還原，在表面制造氧空位。

由于納米線的介孔結(jié)構(gòu)具有高比表面積，因此Co3O4固體與硼氫化鈉溶液存在大量液-固界面，從而獲得大量的氧空位。通過密度泛函理論計(jì)算，揭示了氧空位的存在可讓Co3O4的能帶結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)新的雜質(zhì)態(tài)，使Co3O4中的電子變得更加離域，從而提高了其導(dǎo)電性和催化活性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對比純的Co3O4介孔納米線，還原型的Co3O4介孔納米線的水氧化電流密度呈現(xiàn)出大幅度的提高。在1.65 伏的可逆氫電極電勢下，還原型Co3O4的電流密度達(dá)到13.1 毫安每平方厘米，相比于未處理的Co3O4介孔納米線提高了7倍。