太阳能光（电）催化分解水制氢是解决目前能源短缺与环境污染问题的理想技术途径之一。氧化铁（α-Fe₂O₃）由于具有较高的稳定性、较低的能带结构（2.1 eV）、以及自然储备丰富等优势，成为目前光电催化分解水制氢领域中的重要研究材料。然而其同时具有导电性差，光生电子-空穴复合较快等缺陷，严重限制了其实际应用。中科院兰州化物所能源与环境纳米催化材料组与德国埃尔朗根-纽伦堡大学Patrik Schmuki教授开展了持续与深入的合作研究，在超薄α-Fe₂O₃材料光电催化分解水及其光生电荷分离研究取得新进展。  

　　研究人员在导电基底生长厚度可控的Pt纳米金属层，并沉积超薄α-Fe₂O₃纳米层。在α-Fe₂O₃/Pt基础上进一步原位合成Fe₂TiO₅层从而形成Fe₂TiO₅/α-Fe₂O₃/Pt“三明治”异质结构光阳极。在此结构中，金属Pt纳米层可以有效提高了α-Fe₂O₃光吸收性能；同时由于其具有较低的费米能级，有效促进光生载流子分离和光生电子快速迁移。此外， Fe₂TiO₅与α-Fe₂O₃具有匹配的能带结构，α-Fe₂O₃纳米层产生的光生空穴向Fe₂TiO₅层快速迁移，进一步降低载流子的复合几率以及促进水氧化反应。在模拟太阳光照射下(AM 1.5G，100 mW cm^-2)， “三明治”异质结构的Fe₂TiO₅/α-Fe₂O₃/Pt光阳极表现出优异的光电催化分解水活性及稳定性，其光电流密度与纯相α-Fe₂O₃相比提高1.5倍。此异质结构光阳极的设计不但可以有效提高半导体材料的光吸收性能，同时促进光生电荷快速分离与迁移，对构建高效太阳能光电催化分解水体系具有一定的指导意义。相关研究结果近期发表在（Adv. Funct. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adfm.201703527; J. Mater Chem. A, 2017, 5, 17056）。 

　　论文第一作者为兰州化物所“特聘人才计划”入选者王蕾研究员，以上研究工作得到国家自然科学基金委、兰州化物所“特聘人才计划”以及OSSO国家重点实验室项目经费支持。 

　　Fe₂TiO₅/Fe₂O₃/Pt光阳极合成示意图及光电催化分解水性能。