近期，固体所博士生缪春辉在导师叶长辉研究员的指导下，通过设计微纳结构氧化铁材料、对氧化铁掺杂以及异质结结构等一系列手段，显著提高了氧化铁光解水效率。

　　在环境危机愈演愈烈的今天，发展清洁可再生能源很有必要，相对于太阳能核能等其他能源，氢能的来源和产物都是水，对环境没有任何压力。而相对于电解水制氢等传统方式，采用半导体光解水制氢有着更大的前景。氧化铁的禁带宽度使得其可充分利用可见光，光解水的理论效率可达15%。但是纯相氧化铁电导率差，空穴扩散长度短，光生载流子易复合，极大限制了光解水的效率。

　　固体所博士生缪春辉在导师叶长辉研究员的指导下，采用水热方法合成了具有较大比表面积的Ti离子掺杂的氧化铁微纳结构薄膜，通过氧化铁/铁酸锌异质结结构的构筑，显著改进了载流子的输运和分离，抑制了载流子的复合；进一步通过原位固相反应法，提高了钛离子的掺杂浓度，并通过X射线吸收近边结构（XANES）证实，掺杂钛离子替位了氧化铁中的铁离子。提高掺杂浓度显著改善了氧化铁薄膜的电导率，从而使光解水效率得到显著提升。原位固相反应法同样可应用于其他形貌氧化铁的掺杂，并且对微纳结构的完整性无明显影响，对掺杂其他离子和其他材料具有借鉴意义。

　　相关成果发表在美国化学学会《应用材料与界面》杂志上（ACS Appl. Mater. Interfaces 4, 4428-4433, 2012和ACS Appl. Mater. Interfaces 5, 1310-1316, 2013）。此项工作得到了国家重大科学研究计划、国家自然科学基金资助。

图1：水热法合成的具有微纳结构的氧化铁薄膜（左侧）以及氧化铁/铁酸锌异质结结构示意图（右上）

图2：原位固相反应之后氧化铁光解水效率极大提高，且仍具有微纳结构