近期，中科院合肥物質科學研究院固體物理研究所博士生繆春輝在導師葉長輝研究員的指導下，通過設計微納結構氧化鐵材料、對氧化鐵摻雜以及異質結結構等一系列手段，顯著提高了氧化鐵光解水效率。
在環境危機愈演愈烈的今天，發展清潔可再生能源很有必要，相對于太陽能核能等其他能源，氫能的來源和產物都是水，對環境沒有任何壓力。而相對于電解水制氫等傳統方式，采用半導體光解水制氫有著更大的前景。氧化鐵的禁帶寬度使得其可充分利用可見光，光解水的理論效率可達15%。但是純相氧化鐵電導率差，空穴擴散長度短，光生載流子易復合，極大限制了光解水的效率。
研究人員采用水熱方法合成了具有較大比表面積的Ti離子摻雜的氧化鐵微納結構薄膜，通過氧化鐵/鐵酸鋅異質結結構的構筑，顯著改進了載流子的輸運和分離，抑制了載流子的復合；進一步通過原位固相反應法，提高了鈦離子的摻雜濃度，并通過X射線吸收近邊結構（XANES）證實，摻雜鈦離子替位了氧化鐵中的鐵離子。提高摻雜濃度顯著改善了氧化鐵薄膜的電導率，從而使光解水效率得到顯著提升。原位固相反應法同樣可應用于其他形貌氧化鐵的摻雜，并且對微納結構的完整性無明顯影響，對摻雜其他離子和其他材料具有借鑒意義。
相關成果發表在美國化學學會《應用材料與界面》雜志上（ACS Appl. Mater. Interfaces 4, 4428-4433, 2012和ACS Appl. Mater. Interfaces 5, 1310-1316, 2013）。
此項工作得到了國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金以及中科院“百人計劃”的資助。
圖1：水熱法合成的具有微納結構的氧化鐵薄膜（左側）以及氧化鐵/鐵酸鋅異質結結構示意圖（右上）
圖2：原位固相反應之后氧化鐵光解水效率極大提高，且仍具有微納結構
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