光電化學水分解直接將水和光轉化為氫氣和氧氣而備受關注. 其中, 窄帶隙和強載流子運輸能力的Si被視為理想的高效光電陰極材料之一. 然而, Si基光電陰極在光照下極易與電解質溶液 (尤其是強堿電解質) 發生腐蝕和鈍化, 限制了其在光電化學中的應用. 為了強堿電解液中Si基光電陰極中能高效且穩定地運行, 設計合適保護層, 去除或者削弱Si基光電陰極效率和穩定性的耦合作用刻不容緩.
有鑒於此, 我校化工學院王雙印教授團隊提出了一種簡單路線, 使用梯度氧缺陷結晶TiO 2保護層, 同時提升Si基光電陰極在強堿電解質下光電性能的效率和穩定性. 相關工作發表在Nature子刊Nature Communications上.
相比於完整化學計量比結晶TiO 2層, 梯度氧缺陷結晶TiO 2層不僅支援Si基光電陰極在強堿電解質溶液中穩定運行, 還為光激發電子提供了有效運輸通道. 另外, 結晶TiO 2層中氧缺陷濃度將顯著影響整個Si基光電陰極的PEC產氫效率. 這項工作表明, 結合高密度結晶結構和梯度缺陷成分的保護層能夠去耦合Si基光電陰極的效率和穩定性, 為在強堿電解質中實現太陽能轉化為燃料的光電化學系統提供了改善方向.
此外, 在光電陽極的缺陷化學調控方法中該課題組也取得了重要進展, 相關工作也於近期發表在材料領域頂尖期刊Advanced Materials (影響因子21.95) 上.
