近日，國際頂尖期刊《自然-催化》（Nature Catalysis）發表了電子科技大學基礎與前沿研究院李嚴波教授團隊的最新研究成果《氮化鉭（Ta3N5）能帶工程與缺陷調控在高效光電化學水氧化中的應用》（“Band structure engineering and defect control of Ta3N5 for efficient photoelectrochemical water oxidation”），該論文的第一作者肖業權博士是三峽大學材料與化工學院2017屆碩士畢業生。
該研究通過對氮化鉭（Ta3N5）薄膜進行能帶工程和缺陷調控，實現了高性能的光電催化水分解光陽極器件。
Ta3N5作為水分解光陽極材料，具有寬可見光吸收、能帶位置合適的優點，在人工光合成光電催化製氫領域具有重要的應用前景，其理論太陽能-氫能轉化效率可達15.9%。但是，受Ta3N5材料體相和表麵缺陷的限製，目前得到的最高效率隻有2.72%，遠低於其理論值。研究人員發現，Mg離子摻雜對低價態鉭（Ta3+）缺陷的形成有很好的抑製作用；由於Ta3N5薄膜中Ta3+缺陷存在梯度分布，通過調控Mg離子的梯度使之與Ta3+缺陷的分布相匹配，可以更加有效地降低深能級缺陷態密度，抑製深能級缺陷導致的載流子複合，同時還會使Ta3N5薄膜形成梯度能帶結構。與均勻摻雜的薄膜相比，梯度摻雜的能帶結構可以大大提高光生電荷的分離效率（圖1）。
將這種有效的載流子管理策略與高效的NiCoFe-Bi產氧助催化劑相結合，梯度Mg離子摻雜的Ta3N5光陽極實現了最高3.31％的光電轉換效率（圖2），這是目前Ta3N5光陽極的最高報道值，同時也高於目前報道的Fe2O3，BiVO4，n-Si等光陽極的光電轉換效率（圖2）。其優異的光電催化性能表明通過梯度摻雜進行能帶工程和缺陷控製是一種有效的載流子管理策略，可用於指導新型半導體吸光材料的設計，以實現高效的太陽能轉換。
肖業權，現為電子科技大學基礎與前沿研究院2017級博士，目前主要研究內容為鉭基氮氧化合物的製備及其光電催化性能的研究。現已在Nature Catalysis、Chemical Society Reviews、Energy & Environmental Sciences、ACS Catalysis、Chemistry of Materials、Solar RRL等期刊上以第一作者或合作作者發表論文15篇，授權國家發明專利4項。2017年畢業於三峽大學新能源材料與器件專業，獲碩士學位。在校學習期間，成績優秀，在譚新玉教授課題組的資助下，赴清華大學材料學院聯合培養1年，從事石墨烯異質結太陽能電池方向的研究。碩士期間以第一作者發表國際高水平論文2篇，獲批授權發明專利2項，其中一篇論文被Solar PRL選為封麵論文。
譚新玉教授課題組目前主要致力於新型高效太陽能電池、智潔超疏水材料及輻射製冷等方麵研究。團隊現有科研人員30餘人，其中楚天學者2人、二級教授1人、副教授4人、在讀博士3人；先後完成國家級、省部級科研項目10餘項；在國內外學術期刊發表論文100餘篇，獲國家發明專利20餘項。團隊與清華大學、華中科技大學、密歇根大學、密蘇裏大學堪薩斯分校、德國卡爾斯魯厄理工學院等多所國內外知名高校建立了長期穩定的合作關係，共同培養出了多名優秀研究生。
（beplay2網頁登錄 通訊員 肖婷）
