金属氧化物的新型带隙调制及广谱光分解效应研究

某些金属氧化物如TiO2和SrTiO3等能够在紫外光辐照下分解水溶液产生氢气，这一效应可应用于清洁能源开发。众所周知，紫外光只占据太阳辐射能的很小部分，因此，为充分利用太阳能，目前主要通过掺杂过渡金属或非金属离子来调制氧化物带隙，以期实现可见光分解。然而，光分解对能级相对位置的要求，使得目前可见光分解的光谱范围基本被限制在蓝紫光区域，其余绝大部分太阳能仍未得到利用。本项目研究利用低能离子束辐射来调制金属氧化物表层带隙，所掺杂的以氧空位为主的辐射缺陷具有和金属或非金属掺杂离子不同的特点，由此，发展一种新的可见光分解机制。这种可见光分解具有广谱特性，光谱范围可一直拓展到黄红光区域，可有效提高太阳能的利用率。项目基于新方法和新机制，研究TiO2和SrTiO3的广谱光分解效应，研究结果对于氢能源开发将具有重要的科学意义和应用价值。

项目按照计划进行。我们发展了离子束轰击结合退火调制SrTiO3带隙的方法，由此实现了SrTiO3可见光分解。与此同时，还发展了基于离子束轰击的氮离子和表层辐射缺陷共掺杂的方法，使得可见光分解效率大幅增强。为进一步扩展光谱范围，我们还发展了一种具有协同效应的氢化-氨化方法。通过这些方法和机制的研究，为进一步实现SrTiO3广谱光分解在氢能源中的应用奠定了基础。另外，我们利用离子束轰击方法，还成功研制了全太阳光谱强吸收的温度稳定的硅材料，可用于超高精度光探测器和高效硅太阳电池的开发。我们还在量子点增强及其在太阳电池效率提升中的应用做了部分工作。通过本项目支持，三年来，已发表SCI论文5篇，投稿SCI论文2篇，申请专利3项。完成项目的预期目标，即，实现一种新型的广谱光分解的带隙调制方法。目前还有部分结果尚在完善之中，作为后续工作，预期将发表科学论文2篇，申请专利1项。已做国际会议大会邀请报告1次，国内会议分会报告2次。培养博士1人，硕士2人。目前从事后续工作的博士生1人。