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近日，我校物理科学与技术学院胡经国教授研究团队在《Advanced Science》期刊发表了题为“Enhanced Charge Separation in Nanoporous BiVO4 by External Electron Transport Layer Boosts Solar Water Splitting”的研究论文。该研究首次提出“外置电子传输层”的概念，用以解决大多数氧化物半导体光阳极中电子远程输运的困难，显著提升了光电化学电池能源转化效率。

太阳能光解水制氢技术被称为人工光合作用，备受人们关注。钒酸铋（BiVO4）半导体具有合适带隙，通常被设计用于光解水的电池阳极。构筑与光学吸收厚度相当的纳米多孔颗粒膜结构可以实现光吸收与比表面的平衡优化，提升光电化学性能，但是电荷在颗粒膜中的传输障碍，成为制约光生电荷的分离和利用效率的瓶颈。按照电荷的分离方向，大多数研究通常设计内电子传输层或外空穴传输层，加速电子-空穴的靶向分离，这种界面内建电场分离电荷的方式对于平面层结构是有效的，对于几百纳米的颗粒膜结构作用很小，如何创新结构促进半导体颗粒膜中光生电荷的传输和分离效率意义重大。

本论文创造性利用超薄生物碳封装BiVO4颗粒，构建三维立体导电网络，抽取并无障碍传输电子，价带积聚的空穴通过界面隧穿参与水氧化反应。因此，“外电子传输层”的新设计被证实有效促进半导体颗粒膜系统的光生电荷分离。性能测试结果表明：封装碳膜显著提升了光电流产出和太阳能到氢气的转化效率，而且有效增强了BiVO4的光化学耐久性，实现了BiVO4光阳极的活-稳性能的新突破。

我校物理科学与技术学院硕士研究生杨啸天为第一作者，胡经国教授、许小勇教授为通讯作者，扬州大学为论文唯一单位。该研究得到国家自然科学基金等项目资助。