通过光电化学（PEC）水分解制氢是电化学能量转换中最重要和最具挑战性的研究之一。过渡金属氧化物已被广泛认为是稳定光电极的候选材料。带隙在2–2.7 eV范围内的铁氧体材料由于其化学稳定性和地球储量丰富而极具吸引力。此外，铁电材料（例如BiFeO3和Bi2FeCrO6）显示出与铁电畴相关的复杂PEC特性。
近日，英国布里斯托大学David J. Fermin，诺森比亚大学Devendra Tiwari首次报道了多晶GaFeO3（GFO）薄膜的光电化学（PEC）性能。
文章要点
1）通过X射线衍射和拉曼光谱证实，通过溶胶-凝胶法制备的薄膜具有Pc21n空间群的纯相正交晶GFO。光响应的特征是与Fe3+位的八面体和四面体配位相关的2.72 eV带内跃迁和亚带隙d–d跃迁。DFT-HSE06电子结构计算表明，GFO是高度离子化的，在价带最大值（VBM）和导带最小值（CBM）中的分散非常低。
2）电化学阻抗谱显示，与可逆氢电极相比，n型电导率的平带电势（Ufb）为0.52 V，表明GFO在所有报道的铁氧体中具有最高的正CBM。SO32-的光电化学氧化显示出优异的半导体-电解质界面特性，没有证据表明表面重组到Ufb。此外，析氧反应的起始电位也与Ufb一致，界面空穴转移效率超过50％。由于少数载流子的短扩散长度以及多数载流子的缓慢传输，光电化学特性受到本体复合的限制。
3）研究发现，电荷传输性能对Ga：Fe比率高度敏感，这为开发高性能光阳极开辟了新途径。
Xin Sun, et al, High Interfacial Hole-Transfer Efficiency at GaFeO3 Thin Film Photoanodes, Adv. Energy Mater. 2020
DOI: 10.1002/aenm.202002784
https://doi.org/10.1002/aenm.202002784
