光电化学水分解直接将水和光转化为氢气和氧气而备受关注. 其中, 窄带隙和强载流子运输能力的Si被视为理想的高效光电阴极材料之一. 然而, Si基光电阴极在光照下极易与电解质溶液 (尤其是强碱电解质) 发生腐蚀和钝化, 限制了其在光电化学中的应用. 为了强碱电解液中Si基光电阴极中能高效且稳定地运行, 设计合适保护层, 去除或者削弱Si基光电阴极效率和稳定性的耦合作用刻不容缓.
有鉴于此, 我校化工学院王双印教授团队提出了一种简单路线, 使用梯度氧缺陷结晶TiO 2保护层, 同时提升Si基光电阴极在强碱电解质下光电性能的效率和稳定性. 相关工作发表在Nature子刊Nature Communications上.
相比于完整化学计量比结晶TiO 2层, 梯度氧缺陷结晶TiO 2层不仅支持Si基光电阴极在强碱电解质溶液中稳定运行, 还为光激发电子提供了有效运输通道. 另外, 结晶TiO 2层中氧缺陷浓度将显著影响整个Si基光电阴极的PEC产氢效率. 这项工作表明, 结合高密度结晶结构和梯度缺陷成分的保护层能够去耦合Si基光电阴极的效率和稳定性, 为在强碱电解质中实现太阳能转化为燃料的光电化学系统提供了改善方向.
此外, 在光电阳极的缺陷化学调控方法中该课题组也取得了重要进展, 相关工作也于近期发表在材料领域顶尖期刊Advanced Materials (影响因子21.95) 上.
