用于光辅助海水电池的新型有机/无机p-n异质结阵列光电极的构筑及性能研究

作     者：杨毅 林祎 张洋 潘耀政 杨帆 王孝通 余丁山 Yi Yang;Yi Lin;Yang Zhang;Yaozheng Pan;Fan Yang;Xiaotong Wang;Dingshan Yu

作者机构：聚合物复合材料及功能材料教育部重点实验室广东省高性能聚合物基复合材料重点实验室广东省高等学校功能分子工程基础研究卓越中心中山大学化学学院广州510006 中山大学化学工程与技术学院珠海519082 

出 版 物：《中国科学：化学》 (SCIENTIA SINICA Chimica)

年 卷 期：2024年第54卷第9期

页      面：1587-1595页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：广东省基础与应用基础研究基金(编号:31000-42030004 31000-42030811)资助项目 

主　　题：光辅助电池 海水电池 有机/无机光电极 p-n异质结 氧催化 

摘      要：钠-氧海水电池作为一种新型的储能技术备受关注,但其受天然海水介质影响存在氧电极反应动力学缓慢等局限,限制了其实际应用.本研究基于分子设计和纳米技术构筑了一种富含苯并噻二唑的p型聚合物(BK)包覆的n型氧化钛纳米棒异质结阵列光电极(BK@TiO_(2)),通过挖掘两组分的优势和多尺度协同作用,探究异质结效应和大规模阵列的结构优势,使得BK@TiO_(2)光电极实现了良好的光电流响应和双功能氧催化活性.利用BK@TiO_(2)组装而成的光辅助钠-氧海水电池可耦合外加光场,并利用光生载流子加速海水电池反应动力学,在光照下实现了同步增强的充电和放电性能.在0.05 m A cm^(-2)电流密度下,电池的充电电压从黑暗条件下的4.6 V ***/Na^(+)下降至光照条件下2.2 V ***/Na^(+),而放电电压从1.4 V ***/Na^(+)提升至1.8 V ***/Na^(+),实现了电池往返效率的显著提升(从30.4%上升至81.8%).结果表明,外层BK聚合物不仅可作为空穴捕获层,与内层TiO_(2)形成的p-n结可诱导强的内建电场,显著增强光生电荷的空间分离效率,还能够作为双功能氧催化活性层,实现光增强的电化学性能.