摻磷的釩酸鉍(Phosphorus-doped BiVO4)的電荷遷移率,較一般釩酸鉍增強了2.8倍。(圖片來源﹕Hao Wu, Lei Zhang, Aijun Du, et al. / DOI: 10.1038/s41467-022-33905-6)

研究的第一作者吳昊博士,曾為吳教授團隊的博士后研究員,現為澳門科技大學澳門材料科學與工程研究院助理教授。吳博士提到這次研究的另一亮點時說:“在釩酸鉍光陽極摻雜磷質以后,我們發現極化子跳躍的能量屏障有所下降(即降低了極化子跳躍的所需動能)。這是我們經過理論研究和實驗證實的結果。”

摻雜磷質帶動協同效應

團隊的測試證明,釩酸鉍在摻雜磷質之后,可抑制物料表面形成電子陷阱的機會,增加“開路光電壓”(open-circuit photovoltage)以分解水分子。

他們的研究顯示,摻磷的釩酸鉍可降低極化子跳躍的能量屏障、抑制電子陷阱形成,從而改善電荷載流子傳輸,提高光電化學水分解在低壓供電下的制氫效能。透過協同效應,摻磷的釩酸鉍在0.6V供電下,更展現出破紀錄的“光子電流轉換效率”(photon-to-current conversion efficiency),達至2.21%。

吳教授說:“我們希望通過透徹理解提高釩酸鉍效能的方法,為抑制光敏金屬氧化物所產生電子陷阱態、極化子跳動等研究,帶來啟發性的影響;更重要的是,為有效轉化氫氣以實現碳中和愿景,提供進一步的潛在解決方案。”

研究論文的第一作者是吳博士,通訊作者是吳教授。來自德國亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心太陽能燃料研究所及昆士蘭科技大學的學者亦有參與研究。

這次研究項目的資金來源包括香港研究資助局,以及深圳市科技創新委員會。

香港城大能源及環境學院吳永豪教授(右)與他的研究團隊成員、現為澳門科技大學澳門材料科學與工程研究院助理教授的吳昊博士(左)。(圖片來源︰香港城市大學)