光电化学（PEC）水分解技术是一种利用太阳能将水分解为氢气和氧气的过程。该技术结合了光电化学和催化反应，通过半导体材料吸收光能并产生电子-空穴对，驱动水分解反应。赤铁矿（α-Fe₂O₃）作为一种常见的光电化学（PEC）水分解材料，因其合适的带隙（2.0-2.2 eV）和丰富的自然资源而备受关注。赤铁矿的理论STH效率可达16.8%，超过了实际应用所需的10%基准。

       尽管α-Fe₂O₃光阳极在实际应用中面临电荷复合、低载流子密度和缓慢OER动力学的挑战，但通过纳米结构设计、掺杂、表面修饰、能带工程、光捕获增强、界面工程以及理论计算与机器学习的结合，可以显著提升其性能。未来的研究方向可能包括：

1. 开发新型掺杂剂和助催化剂。

2. 优化纳米结构和异质结设计。

3. 结合多种改进策略，实现协同效应。

4. 推动规模化制备和实际应用。

通过这些努力，α-Fe₂O₃有望成为高效、稳定的光电阳极材料，为太阳能-氢能转换提供重要支持。

        赤铁矿（α-Fe₂O₃）是一种具有广泛应用前景的光电化学（PEC）水分解材料，但其实际性能受到电荷复合、低载流子密度和缓慢析氧反应（OER）动力学的限制。传统制备方法（如高温烧结）通常耗时长、能耗高，且容易对基底材料（如掺氟氧化锡，FTO）造成损伤。苏州大学钟俊、江苏大学吕晓欣、张伟和邓久军等研究人员首次采用可编程湿界面焦耳加热技术，快速制备高性能亚稳态赤铁矿光阳极，为解决上述问题提供了新思路。制备的亚稳态赤铁矿光阳极具有更高的供体密度和更快的OER动力学。晶格中的OH与相邻的Fe原子形成双活性中心，有效阻止了传统OER过程中*OOH中间体的形成。这一机制显著降低了OER过电位，提高了反应效率。

      该技术通过精确控制电流和温度，在湿界面条件下实现快速加热。与传统高温烧结相比，该方法具有更高的能量利用率和更短的制备时间。亚稳态赤铁矿具有更高的缺陷浓度和更活跃的表面化学性质。这些特性有助于提高载流子密度和加速电荷传输。晶格中的OH与Fe原子协同作用，提供了双活性中心。这种结构有效降低了OER过程中的能量势垒，提高了反应速率。

        采用可编程湿界面焦耳加热技术制备的赤铁矿光阳极，光电流密度达到2.12 mA cm⁻²。与传统退火工艺制备的光阳极相比，性能提升了约2.5倍。亚稳态赤铁矿具有更高的缺陷浓度和更活跃的表面化学性质，提高了载流子密度和电荷传输效率。晶格中的OH与Fe原子协同作用，降低了OER过电位，加速了反应动力学。

       可编程湿界面焦耳加热技术具有良好的兼容性，可以与其他修饰技术结合，进一步提升光阳极的性能。经过Ti掺杂处理后，光阳极在1.23 V vs. RHE下的光电流密度达到3.05 mA cm⁻²。负载FeOOH助催化剂后，光阳极在1.23 V vs. RHE下的光电流密度进一步提升至3.59 mA cm⁻²。FeOOH作为高效的OER助催化剂，显著加速了表面反应动力学。减少了表面复合，提高了光生载流子的利用率。

研究意义

1. 制备技术的突破：

• 可编程湿界面焦耳加热技术为快速制备高性能光电材料提供了新方法，具有高效、节能、环保的优点。

2. 性能的显著提升：

• 通过亚稳态结构、Ti掺杂和FeOOH助催化剂的协同作用，显著提高了赤铁矿光阳极的光电流密度和OER动力学。

3. 广泛的应用前景：

• 该技术不仅适用于赤铁矿，还可以推广到其他光电材料（如BiVO₄、WO₃等），为高效PEC水分解器件的开发提供了新思路。

4. 未来展望：

• 进一步优化制备工艺：

• 探索更高效的焦耳加热参数，进一步提升材料性能。

• 多元素掺杂与复合修饰：

• 结合多种掺杂剂（如Ti、Sn、Si等）和助催化剂（如Co-Pi、NiOOH等），实现性能的协同提升。

• 器件集成与规模化生产：

• 将高性能赤铁矿光阳极与高效阴极材料结合，构建完整的PEC水分解器件。

• 推动该技术的规模化应用，降低生产成本。

• 机理深入研究：

• 通过原位表征和理论计算，进一步揭示亚稳态结构、掺杂和助催化剂的作用机制。

总结

       苏州大学和江苏大学的研究团队通过可编程湿界面焦耳加热技术，成功制备了高性能亚稳态赤铁矿光阳极，并通过Ti掺杂和FeOOH助催化剂负载进一步提升了性能。这一成果为高效、稳定的PEC水分解器件的开发提供了重要技术支持，具有广阔的应用前景。未来，随着技术的进一步优化和推广，赤铁矿光阳极有望在清洁能源领域发挥更大的作用。

钟俊教授   2002年获清华大学工学学士学位；2007年获中国科学院高能物理研究所凝聚态物理博士学位；2006.3－2007.4在美国劳伦斯-伯克利国家实验室ALS光源进行合作交流。2008.1－2010.8在中国科学院高能物理研究所任助理研究员；2010.9加入苏州大学功能纳米与软物质（材料）研究院。

研究领域：

纳米能源材料的同步辐射研究，主要包括：(1)碳纳米材料在多种催化过程中的性质与机理研究；(2) 氧化铁纳米材料光解水机理研究；（3）同步辐射原位技术的发展。

主要成果和技术贡献：

致力于同步辐射X射线谱学技术发展及其应用，利用多种谱学方法研究纳米能源材料电子结构与性能之间的关系。主持建设了合肥光源首条同步辐射软X射线谱学原位线站（1280万元）。累计发表SCI论文160余篇，其中第一作者/通讯作者论文70余篇，包括Angew.Chem.Int.Ed., Adv.Mater., Energy Environ. Sci.等国际重要刊物。论文SCI他引8200余次,H因子42。多篇论文入选国内外同步辐射光源亮点工作，发表多篇封面或封底论文。设计搭建了多种原位谱学装置,揭示了碳纳米材料内部的协同催化效应，提出了氧化铁纳米材料表面微观处理提升性能的新机制，获得多种高效催化剂。合作发表了包括Science, Nat.Commun., Angew.Chem.Int.Ed., JACS, Adv.Mater.等在内的多篇有重要影响力的论文, 其中Science工作入选“2015年度中国科学十大进展”。任上海光源、北京光源、合肥光源多个线站专家组成员，评审用户机时；作为专家为国内同步辐射用户授课；多次应邀在同步辐射年会做大会邀请报告。共同组建“苏州大学-西安大略大学同步辐射联合研究中心”（与加拿大西安大略大学共建），任助理主任。主持国家自然科学基金大科学装置联合基金重点项目一项（300万元），面上/培育项目三项，青年基金一项；主持科技部重点研发计划项目课题一项。获批国家四青人才项目。

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