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cds薄膜光解水性質研究-如何學習
發布時間：2022-11-10 瀏覽量：2830
光電化學水分解可將豐富且安全的太陽能轉化為綠色的氫能，這對于人類社會的可持續發展具有重要的意義。實用型的光電化學水分解非常需要具有優秀電子傳輸特性兼具成本優勢的光陽極。CdS是一種廣泛用于光電化學器件的n型半導體，具有可見光吸收（~2.4 eV）和良好的電子傳輸能力，有利于光生電荷的有效分離。因此，學者們對CdS一直具有濃厚的研究興趣。限制CdS光電性能的主要因素就是界面上作為光生載流子復合中心的表面態和缺陷，因而調控其表面的電荷分離能力對于實現高性能水分解過程至關重要。
近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所況永波研究員團隊報道了一種簡便且經濟的界面調控方法，即通過原位光活化來顯著改善CdS光陽極的表面電荷分離性能。該方法可形成有利于光生空穴轉移的硫代硫酸根離子來有效減少表面電荷復合，同時在CdS表面用磷酸根離子溶解Cd2+形成均勻的納米多孔形貌，有效提升CdS光陽極的光電轉換效率。
采用粒子轉移法得到的CdS光電極在原位光活化后展現出相比于原樣品近三倍的光電流，且在480 nm的入射光下其光電轉換效率(IPCE)在0.6 VRHE的電位下超過80%。由化學水浴沉積法制備的CdS薄膜在活化后的光電流提升到原來的四倍，在455 nm和0.6 VRHE條件下其IPCE為91.7%。在硼酸緩沖溶液中，活化后的CdS光陽極在犧牲劑亞硫酸鹽存在的情況下在太陽能制氫方面表現出優異的穩定性。綜上所述，該工作展示了在不同活化條件下CdS電極與溶液中各種離子的動態相互作用。基于這些新概念和對界面的理解，該工作開發了一種有效的活化策略，將CdS電極通過原位調控的方法實現性能的巨大提升。活化過程使CdS電極產生一個比較完美的表面，最大限度地通過界面提取載流子。從實際出發，該工作為充分挖掘CdS光電極的潛力提供了一種簡便且具有成本優勢的方法，這可以為其他鎘基或硫化物材料開發更普遍適用的表面功能化技術提供參考價值。
該研究得到了國家自然科學基金（21805298，21905288，51904288）、浙江省自然科學基金（Z21B030017）等項目的支持