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Nano Energy：利用光、動能和電能，促進摻氮4H-SiC納米孔陣列催化水分解

壓電極化促進光電化學(PE-PEC)水分解是一種將光能、動能和電能轉化為化學能以獲得氫能的有前途的方法。然而，由于目前大多數壓電材料的能帶位置不當和穩(wěn)定性較差，迫切需要設計和制備具有合適的帶狀結構、優(yōu)異的壓電效應和高的物理/化學穩(wěn)定性的壓電半導體材料以促進PE-PEC水分解。

基于此，中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林、朱來攀和北京科技大學侯新梅、楊濤等制備了一種氮摻雜的4H-SiC納米孔陣列(NHA)，并研究了其中的誘導極化對PE-PEC水分解的促進作用。

理論計算表明，N摻雜可以有效地調節(jié)4H-SiC的能帶結構，并且隨著N摻雜量的增加，費米能級進入導帶的深度增加。此外，當N的摻雜量達到一定值后，載流子擴散速度幾乎達到平衡；N摻雜有效地提高了4H-SiC的電子濃度并且由于N元素的電負性較強，更多的電子被吸引到靠近N原子的N-Si鍵的一側。

在PE-PEC水分解過程中，摻氮4H-SiC NHA能夠同時獲取光能、動能和電能。在1.4 V_Ag/AgCl下，模擬太陽光照射和120 W超聲振動條件下，NHA的電流密度達到6.50 mA cm^-2，比在單獨光照條件下(1.4?V_Ag/AgCl下4.33 mA cm^-2)的電流密度提高了50.1%。

為了消除反應工程中傳質和氣泡的影響，在黑暗中分別進行攪拌和超聲振動。而NHA的電流密度幾乎相同，表明增強的傳質和消除氣泡不是關鍵點，單晶NHAs中具有均勻取向的壓電場起主導作用。因此，氮摻雜4H-SiC中壓電勢的存在不僅調節(jié)了能帶結構，而且加速了電荷的分離和遷移，從而提高了水分解能力。這為設計同時獲取多種能量以促進有效產氫的催化劑提供了一種有前景的策略。

Boosting of Water Splitting Using the Chemical Energy Simultaneously Harvested from Light, Kinetic Energy and Electrical Energy Using N Doped 4H-SiC Nanohole Arrays. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107876

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