以碳基纳米材料为研究核心，致力于高效光电催化体系，光电化学电池的设计及机理研究。
设计了一种基于g-C3N4光催化剂的光电化学电池。以酞菁铁[FeIII(Pc)Cl]与g-C3N4混合物喷涂在碳纸上制备了阴极，以g-C3N4涂层的镍网(Ni网)作为阳极。该光电电池在模拟一个太阳光照，空气氛围，在0.1 M HCl中工作，实现了0.91 V开路电压，总太阳能到电能的转换效率达到0.146%。此外，在断路情况下，该电池两个电极都可以通过水氧化产H2O2。通路后，以H2O2为燃料，用作燃料电池，在没有光照条件下，该电池面积比容量可达350 mC cm-2，质量比容量可达237 C g-1（Energy Environ. Sci., 2018,11, 1841-1847.）。
基于g-C3N4的光电化学电池工作示意图。
在TiO2纳米棒阵列上采用模板辅助溶胶-凝胶法制备TiO2光子晶体层(TiO2 PC)，构建了双层TiO2结构的光阳极。在TiO2双层结构中原位沉积金纳米粒子。可见光下的光电化学水分解归因于金纳米颗粒表面等离子体效应。通过改变TiO2 PC的孔径，可以使光子带隙红边的慢光子区域与Au NPs强局域表面等离子体共振区域重叠。匹配的TiO2 PC(孔径为250 nm)慢光子效应增强了Au NPs的SPR响应(中心位置为536 nm)。因此，更多的热电子在Au NPs中产生并注入到TiO2导带中，提高了可见光区域的PEC水裂解效率。在模拟太阳光照下，匹配良好的Au/TiO2光阳极的光转换效率接近0.71%。本工作为设计耦合等离子体纳米结构与光子晶体基材料协同提高PEC水裂解效率提供了思路（Energy Environ. Sci., 2014, 7, 1409–1419.）。
协同TiO2慢光子效应，表面等离子共振增强的光电化学水分解示意图。
[1] Naiyun Liu, Mumei Han, Yue Sun, Cheng Zhu, Yunjie Zhou, Yalin Zhang, Hui Huang, Vladimir Kremnican, Yang Liu, * Yeshayahu Lifshitz,* Zhenhui Kang,* A g-C3N4 based regenerative solar cell using O2/H2O redox couples, Energy Environ. Sci., 2018,11, 1841-1847.
[2] Xing Zhang, Yang Liu,* Shuit-Tong Lee, Shihe Yang, Zhenhui Kang,* Coupling surface pla**on resonance of gold nanoparticles with slow-photon-effect of TiO2 photonic crystals for synergistically enhanced photoelectrochemical water splitting, Energy Environ. Sci., 2014, 7, 1409–1419.
