由水和阳光来制取氢气类似于自然界光合作用的过程，被认为是一种替代化石燃料的可行方案之一。基于半导体光电分解水制氢的研究正是科学家模仿光合作用的尝试：当半导体浸入水溶液并受到太阳光照射时，电子和空穴受到激发分布在半导体的导带和价带上，该能量引起半导体和水的界面上发生电化学氧化还原水的反应。由于光生电荷的转移、复合以及腐蚀反应通常发生在半导体表面几纳米到几十纳米的区域内，而且三者相互影响，严重影响光电分解水的效率和稳定性。因此调节优化该结构和反应过程，吸引了国内外科学家的广泛研究兴趣。本论文基于半导体表面薄层修饰方法，改善固液界面的性质，从表面钝化提高光生电压、催化表面分解水反应和钝化提高光电极稳定性三个方面进行了总结，对光电分解水的研究起到重要的指导意义。 

（Enhanced Photoelectrochemical Water-Splitting Performance of Semiconductors by Surface Passivation Layers, Liu Rui;Zheng Zhi;SpurgeonJoshua;Yang Xiaogang.Energy & Environmental Science, 2014, 7, 2504）

通过对半导体表面态的钝化，光生载流子在表面态发生复合的几率大大降低，相应地光生载流子在表面发生氧化还原水反应的几率得以提高。另外，通过沉积析氢或析氧催化剂，修饰半导体表面以降低表面氧化还原反应的势垒，光电氧化还原水反应的过电势得以降低，导致光生载流子向水分子转移速度加快。然而催化剂薄膜的引入并不是一种简单的A+B复合结构，必然起到协同提高作用。例如，通过MnO析氧催化剂修饰Fe₂O₃光阳极的研究，表明催化剂既能加快电极表面的氧化反应速度，又能影响Fe₂O₃半导体的光生电压。合适的调节、构造半导体－表面层界面显得尤为重要。本文总结了催化剂－半导体结构对光生电压的影响，提出了提高效率的基本原则：催化剂的引入既不能降低表面光电化学氧化还原的反应动力学过程，又不应该降低半导体光生电压这一反应热力学过程。此外，论文通过总结表面修饰层的腐蚀电位调控、纳米结构构筑，沉积厚度等因素的影响，提出抑制表面光电化学腐蚀的机制，并预测了一系列可用作表面保护层的化合物。

（催化剂作用的双面性）    

本项目由我校微纳米材料研究所郑直教授与杨晓刚博士负责，并与美国加州理工学院Joint Center for Artificial Photosynthesis研究中心Liu Rui博士、Spurgeon博士等合作，针对半导体表面的修饰影响因素开展了一系列工作。该研究工作得到国家自然基金（项目21273192）、河南省创新人才团队(项目144200510014)以及河南省教育厅（项目14B150013）支持。项目参与人之一杨晓刚博士认为，制取氢气这一洁净能源有望成为未来影响到能源、环境和生活的各个方面；本工作的结论有望对其他半导体体系光电制氢研究具有重要的推动作用。该综述已发表在英国皇家化学会Energy & Environmental Science杂志上。

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