表面修饰的氧化铁纳米材料光解水机制研究

Hematite is a good candidate for solar water splitting. The surface structure of hematite plays a key role for its performance and the mechanism study of surface modified hematite is very important. In this proposal synchrotron radiation based X-ray absorption spectroscopy (XAS) will be used to investigate the working mechanism of the surface structures of hematite. Espectially, in-situ XAS experiments will be performed to study the electronic structure changes. Various surface modifications will be developed to improve the performance of hematite and their real catalytic process can be understood by coupling XAS experiments and theoretical calculations. According to the working mechinasm, the sample preparation process can be improved and high efficiency materials based on hematite nanostructures will be designed for practical applications. This project may also shed light on the mechanism study of other energy-related applications.

氧化铁是一种很好的光解水材料，其表面结构是影响性能的关键因素，研究这种表面结构在工作状态下的作用机制对推动光解水应用有重要意义。本项目拟利用静态和原位的同步辐射X射线谱学方法，研究氧化铁表面修饰的结构在光解水过程中的实时电子结构变化，揭示其微观作用机制。本项目将对氧化铁纳米材料进行多种表面修饰，获得高效率样品，通过谱学方法分析各种表面结构在工作状态下的电荷转移，明确表面结构的活性位点及其与溶液分子的相互作用，得到其影响光解水效率的关键因素，并结合理论计算深入理解其工作机理。根据机理来改进样品制备过程，设计得到未来可实用的氧化铁纳米材料。本项目的实现还将发展一套有效的固液界面反应研究方法，为能源材料工作机理研究提供支持。

氧化铁是一种很好的光解水材料，其表面结构是影响性能的关键因素，研究这种表面结构的作用机制对推动光解水应用有重要意义。本项目对氧化铁纳米材料进行了多种表面修饰，获得多个高效率样品，同时利用静态和原位的同步辐射X射线谱学方法，研究了氧化铁表面修饰的结构在光解水过程中的实时电子结构变化，揭示了其微观作用机制。我们还在合肥光源搭建了一条用于原位实验的软X射线谱学实验线站并顺利通过验收。本项目的研究很好的揭示了氧化铁纳米材料表面电子结构与其光解水性能方面的联系，部分工作发表在ACS Energy Lett.、Appl. Catal. B: Environ.、Adv. Energy Mater.等重要国际期刊上，引起了国内国际同行的广泛关注，被国际权威期刊与综述予以重点评述。本项目的完成为基于氧化铁的能源材料机理研究提供了重要支持。