原子层厚度的硒化铟/石墨烯异质结构光阳极

很多物理和化学过程都发生在固体电极与溶液的表界面处，因而表面处离子的吸附、聚集及其在表面的反应都对整个反应过程起到至关重要的作用。然而使用传统的固体电极通常表现出的是体相和表面的复合性质，使得单纯研究电极材料表面效应及表面离子的动力学还存在挑战。解决方法之一就是不断减薄电极的厚度，尽量减小体相的贡献。二维材料由于其具有单原子层的厚度，晶体中所有原子都处在表面，因而可以作为一种理想的模型体系来仅针对此类表面现象进行研究。

图1. InSe / Gr阳极PEC测试。图片来源：Nat. Commun.

近日，厦门大学曹阳团队和程俊团队利用二维材料硒化铟（InSe）和石墨烯制备了原子层厚度的硒化铟/石墨烯异质结构，作为光电化学池（PEC）分解水中的光阳极，来研究PEC中氧析出半反应（OER）的表面离子效应。这里二维InSe具有高迁移率、匹配的能级结构以及被抑制的光生电子-空穴复合的单层的性质，在手套箱提供的惰性气氛中用单层石墨烯对InSe进行封装，保证了光电极在测试条件下长时间的稳定性。该单层InSe/Gr光阳极最大光电流密度可以达到大10 mA cm^-2，远高于通常的二维材料光电极。通过对表面离子吸附和反应性能的理论模拟及相关测试，他们将这种高的光电流密度主要归因为InSe/Gr表面氢氧根离子（OH^-）和光生空穴的富集及强相互作用。该工作揭示了二维异质结表面性质与反应活性的内在联系，希望能为研究电极表面离子效应提供新的材料平台。后续通过选择具有合适表面性能的二维材料，并与传统光电极材料结合，有望发展新型的高性能光阳极材料。

图2. InSe / Gr光电阳极的持久光电流密度。图片来源：Nat. Commun.

这一成果近期发表在Nature Communications 上，文章的第一作者是厦门大学博士研究生郑海红、鲁艺珍以及广州工业大学叶凯航博士。

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Atomically thin photoanode of InSe/graphene heterostructure

Haihong Zheng^#, Yizhen Lu^#, Kai-Hang Ye^#, Jinyuan Hu, Shuai Liu, Jiawei Yan, Yu Ye, Yuxi Guo, Zhan Lin, Jun Cheng*, Yang Cao*

Nat. Commun., 2021, 12, 91, DOI: 10.1038/s41467-020-20341-7

曹阳教授简介

曹阳，厦门大学化学化工学院和萨本栋微米纳米科学技术研究院双聘教授。2012年获得北京大学博士学位，2012年-2017年在英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院工作，2017年11月起就职于厦门大学。入选国家高层次青年人才计划，福建省闽江学者特聘教授，福建省高校领军人才。

研究领域是二维材料异质结构及其在新能源、材料、电子、催化等方面的基础应用研究，光电器件及光催化，分子电子器件，纳米化学，表面化学，电化学。在相关领域发表SCI论文50余篇，包括以通讯作者发表的Nat. Nanotechnol.、Nat. Commun.、Adv. Funct. Mater.等。

https://www.x-mol.com/university/faculty/64067