Adv. Funct. Mater.：AgFeO2基光电极的对称性破缺与极化效应：提升光电化学性能的新策略

一、 【导读】 

在追求高效太阳能转换技术的道路上，光电化学（PEC）水分解技术因其直接利用太阳能产生氢气而备受关注。然而，PEC水分解的太阳能至氢能（STH）效率仍需进一步提高。昆明理工大学赵宗彦教授团队、云南大学柳清菊教授团队、南京大学邹志刚院士团队的最新研究，通过在AgFeO₂基光电极中引入有序氧缺陷，实现了对称性破缺和宏观极化效应，显著提升了光电化学性能。这一发现为开发高效光电极材料提供了新的思路。

二、【成果掠影】

通过氧缺陷工程在AgFeO₂基光电极中实现对称性破缺和极化调控。研究团队通过在AgFeO₂中引入有序的氧缺陷，使AgFeO₂的中心对称结构转变为非中心对称结构，并产生了显著的宏观极化效应。这一转变是通过在共沉淀-水热法合成的AgFeO₂样品上进行退火后处理实现的，通过精确控制退火条件来调节氧缺陷的类型和含量。实验表征和密度泛函理论计算揭示了有序的间隙氧和无序的氧空位的存在和形成机制。有序间隙氧产生的宏观极化效应显著增强了AgFeO₂光阴极的光电化学性能，光电流密度从0.79 μA/cm²增加到2.95μA/cm²。通过外电场和外磁场激发可以耦合宏观极化和自旋极化效应，从而进一步提高了光电流密度（约18.44μA/cm²）。这些发现为在光电（电）催化技术中应用极化效应提供了参考案例和策略。相关研究工作以 “Symmetry Breaking and Polarization Regulation in AgFeO₂-based Photocathodes through Oxygen Defect Engineering” 为题发表在最新在线出版的学术期刊Advanced Functional Materials。

 三、【核心创新点】

 在AgFeO₂中通过有序氧缺陷引入实现了对称性破缺，产生了宏观极化效应。

通过精确控制退火条件，实现了氧缺陷的类型和含量的调控。

实验和理论计算相结合，揭示了有序间隙氧和无序氧空位的形成机制。

展示了宏观极化效应对AgFeO₂基光电极光电化学性能的显著提升。

提出了通过外部电场和磁场耦合宏观和自旋极化效应，进一步增强光电化学性能的策略。

 四、【数据概览】

图1.  有序氧缺陷产生的宏观极化效应

图2.  材料制备工艺流程示意图

图3.  有序间隙氧和无序氧空位的实验表征

图4.  AgFeO₂基光阴极的性能增强

图5.  AgFeO₂基光阴极性能增强的内在机制

五、【成果启示】

原文详情：

Z.-Y. Zhao, X.-D. Dong, B.-F. Shan, J. Yang, J.-Y. Feng, J.-H. Zhao, J. Zhang, Q.-J. Liu, Z.-S. Li, Z.-G. Zou, Symmetry Breaking and Polarization Regulation in AgFeO₂-Based Photocathodes Through Oxygen Defect Engineering, Adv. Funct. Mater. 2024, 2314207.

DOI: 10.1002/adfm.202314207

本文由昆明理工大学赵宗彦课题组供稿。