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Nano Res.│西北大学郭晓辉课题组:P-Si/TiO₂/HfO₂/MoS₂/Pt异质光电阴极的构建及其光电化学解水特性

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背景介绍


为了应对经济发展而带来的能源短缺和环境污染问题,开发新型清洁能源具有重要的意义,而在众多新型能源中,氢能源因其高效清洁等特点受到了广泛的青睐。光电催化分解水是一种较为廉价的将太阳能转化为氢能的方式,通过该方式获得的氢气可以直接转换为电能或进一步合成为具有更高价值的化学原料。硅因其独特的电子结构使其能够经过合适的掺杂改变导电类型成为n型或p型材料,此外,其较高的理论光电流密度和成熟的生产制造流程令其成为一种合适的光电极基底材料。然而硅基光电极的构建面临着许多问题,例如较高的表面反应势垒、界面载流子转移速率低和腐蚀失活等。因此,针对以上问题进行改性,构建稳定高效的光电极具有重要意义。


成果简介


为了应对经济发展而带来的能源短缺和环境污染问题,开发新型清洁能源具有重要的意义,而在众多新型能源中,氢能源因其高效清洁等特点受到了广泛的青睐。光电催化分解水是一种较为廉价的将太阳能转化为氢能的方式,通过该方式获得的氢气可以直接转换为电能或进一步合成为具有更高价值的化学原料。硅因其独特的电子结构使其能够经过合适的掺杂改变导电类型成为n型或p型材料,此外,其较高的理论光电流密度和成熟的生产制造流程令其成为一种合适的光电极基底材料。然而硅基光电极的构建面临着许多问题,例如较高的表面反应势垒、界面载流子转移速率低和腐蚀失活等。因此,针对以上问题进行改性,构建稳定高效的光电极具有重要意义。


图文导读


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图1. (a)光电阴极的合成过程图, (b)p-Si/TiO2, p-Si/HfO2/TiO2和 p-Si/TiO2/HfO2的光致I-t曲线,(c)p-Si, p-Si/TiO2和 p-Si/TiO2/HfO2的瞬态光致发光图谱。


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图2.(a)系列光电极的光致LSV曲线,(b) p-Si/TiO2/HfO2/MoS2/Pt 和 p-Si/TiO2/MoS2/Pt 的光致I-t曲线,(c) p-Si/TiO2/HfO2/MoS2/Pt 的光电化学气体生成速率测试,(d)单色光照射下p-Si/TiO2/HfO2/MoS2/Pt的光电转化效率。


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图3.(a)系列光电极的Cdl值,(b)系列光电极的塔菲尔斜率,(c)MoS2和MoS2/Pt的HER标准吉布斯自由能,(d)MoS2/Pt3的电子云密度图,(e)MoS2/Pt3的差分电荷密度图,(f) MoS2/Pt7的差分电荷密度图,(g) p-Si/TiO2/HfO2/MoS2/Pt光电阴极的载流子输运机制。


作者简介


郭晓辉教授,1999年毕业于合肥工业大学高分子材料专业, 2007年在中国科技大学获得博士学位,导师俞书宏院士;2007年9月-2009年9月复旦大学先进材料实验室博士后,师从赵东元院士;2011-2013年在首尔国立大学,瑞典斯德哥尔摩大学从事博士后研究。目前主要从事新型光电功能纳米结构材料,以及低维杂化纳米材料的研究。研究结果在Angew. Chem. Int. Ed,Adv. Mater, Adv. Funct. Mater, Small, Adv. Sci, J. Mater. Chem. A, Langmuir,J. Power. Sources,Nanotechnology, Chem. Commun, Crystal. Grow@Design等国际知名的学术刊物上发表SCI研究论文60余篇,论文它引2000多次;目前主持国家级和省部级各类科研项目10余项;获得2010年国家自然科学二等奖,2011年陕西省青年科技新星,2013年教育部新世纪优秀人才,2016年陕西省青年科技人才奖和陕西省青年科技标兵等称号。目前担任国家自然科学基金委,科技部项目,国家科技奖的通讯评审专家,国际材料类主流期刊:J. Mater. Chem. A, NANOSCALE, J. Power. Sources, ACS. APPL. Mater@Interf等杂志的审稿人。


文章信息


Li J, Bai J, Hu S, et al. Construction of novel P-Si/TiO2/HfO2/MoS2/Pt hetero-photocathode for enhanced photoelectrochemical water splitting. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-6299-1.


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