报告题目：光电化学：法拉第层、结与器件

报告时间：2020年10月12日（星期一）上午10:00-11:30

报告地点：科技园中401会议室

报 告 人：罗文俊（副教授、南京大学）

报告摘要:

法拉体(Farador)是一种电子离子耦合传输导体, 半导体和法拉体接触形成法拉第结 (图1)^[1]。传统半导体结载流子为电子，界面电荷转移不会引起化学变化。而法拉第结载流子为耦合电子和离子，界面电荷转移则会引起化学变化。法拉第结可用于各种太阳能转化与存储器件^[2-8]。目前法拉第结界面电荷传输机制建立在半导体结能带理论的基础上，然而经典能带理论无法解释其特殊界面电荷传输行为。因此，阐明法拉第结界面电荷传输机制，对建立半导体表界面新理论、提高器件转化效率以及开发太阳能转换新器件具有非常重要的意义。

图1. 不同半导体结界面电荷传输示意图，（a）传统半导体结，（b）法拉第结。

报告人以半导体/Ni(OH)₂异质结为模型，研究了界面电荷传输机理，发现其具有可逆的界面电荷传输行为以及法拉体氧化还原电位窗口依赖于半导体能带位置等新特性，与传统半导体结的电荷传输行为完全不同^[1]。基于上述发现，报告人在国际上首次提出了法拉第结的新概念。为了加深对法拉第结的认识，报告人进一步研究了半导体/溶液界面电荷传输行为^[9]。通过改变半导体表面羟基含量，研究其对光电化学性能的影响，发现了表面羟基层起到固液界面电荷传输媒介的作用。增加表面羟基含量可以提高界面电荷收集效率，同时加快催化反应速度。因此，半导体表面羟基层与Ni(OH)₂等非本征法拉第层具有相同的作用。为此，报告人提出了本征法拉第层的新概念。除了开展半导体表界面机理研究，报告人还致力于法拉第全器件的构筑。开发了Si/WO₃电容型法拉第结，发现其具有光致界面势垒高度连续可调的新特性，并构筑了两端口全器件，首次实现了无偏压太阳能光充电-暗放电，可用于直接太阳能转化与存储^[10]。本征法拉第层与法拉第结新概念的提出有助于理解固液界面电荷传输机理，并对光化学、电化学、太阳电池以及光致超亲水等领域产生重要影响。

References

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[10]Wang, P.; Chen, X.; Sun, G.; Wang, C.; Luo, J.; Yang, L.; Lv, J.; Yao, Y.*; Luo, W.*; Zou, Z., Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.202011930 (2020)

报告人简介：

罗文俊，南京大学现代工程与应用科学学院副教授，2003年本科毕业于南京大学，2008年12月获南京大学材料科学与工程系博士学位；攻读博士学位期间，2005年9月-2006年3月赴日本国家物质材料研究所参与联合培养；2008年12月-2011年11月为南京大学电子科学与工程系博士后；2011年11月-2014年10月任南京大学物理学院专职副研究员；2014年10月加入南京工业大学先进材料研究院工作，任副研究员。在南京工业大学工作期间，2015年10月至2016年10月赴英国伦敦大学学院做牛顿基金访问学者。2018年10月调回南京大学现代工程与应用科学学院工作，任副教授。

长期从事太阳能转化与存储研究，取得了一系列成果。主要包括：发现了固体表界面一系列新奇特性，在国际上首次提出了法拉第层和法拉第结等新概念；发明了基于法拉第结的新型两端口太阳能充电器件，可以将太阳能直接存储为电能；设计并制备了高效低成本光电极材料，首次在户外实现了太阳能分解天然海水制氢。迄今为止，已在Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.、Chem. Sci.、Adv. Energy Mater.、Nano Energy等期刊上发表论文70余篇，总引5000余次。申请了中国发明专利8项，授权4项。获得了2017年江苏省科学技术一等奖（第二完成人）和2013年江苏省科学技术一等奖(第四完成人)。主持了国家重点研发计划(政府间国际科技创新合作重点专项)项目1项、国家自然科学面上项目1项、国家自然科学青年基金1项、江苏省高校自然科学研究面上项目1项、参与了2项973项目的研究。