高活性高穩定性近紅外光響應光解製氫陰極製備新策略

據Material Views網站報道：光電催化分解水是實現太陽能-氫能轉變的重要途徑之一。若要實現無外部偏壓下的高太陽能-氫能轉換效率，需要盡量擴大光陰極與光陽極電流-電勢曲線間的相互重疊區域。這就要求光陰極材料在相對可逆氫電極較正的電壓區間具有良好的光電催化產氫活性與穩定性。 基(ji)於(yu)非(fei)氧(yang)化(hua)物(wu)的(de)窄(zhai)帶(dai)隙(xi)材(cai)料(liao)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)可(ke)見(jian)光(guang)乃(nai)至(zhi)近(jin)紅(hong)外(wai)區(qu)域(yu)的(de)寬(kuan)光(guang)譜(pu)吸(xi)收(shou)，作(zuo)為(wei)光(guang)陰(yin)極(ji)在(zai)理(li)論(lun)上(shang)具(ju)有(you)出(chu)色(se)的(de)太(tai)陽(yang)能(neng)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)，因(yin)而(er)受(shou)到(dao)廣(guang)泛(fan)關(guan)注(zhu)。然(ran)而(er)
，較(jiao)正(zheng)的(de)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)以(yi)及(ji)堿(jian)性(xing)電(dian)解(jie)液(ye)環(huan)境(jing)等(deng)因(yin)素(su)均(jun)會(hui)對(dui)此(ci)類(lei)光(guang)陰(yin)極(ji)材(cai)料(liao)造(zao)成(cheng)嚴(yan)重(zhong)的(de)腐(fu)蝕(shi)作(zuo)用(yong)，使(shi)其(qi)運(yun)行(xing)穩(wen)定(ding)性(xing)大(da)幅(fu)下(xia)降(jiang)
，目(mu)前(qian)仍(reng)沒(mei)有(you)一(yi)條(tiao)有(you)效(xiao)的(de)解(jie)決(jue)途(tu)徑(jing)。 在(zai)光(guang)陰(yin)極(ji)表(biao)麵(mian)覆(fu)蓋(gai)氧(yang)化(hua)物(wu)保(bao)護(hu)層(ceng)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)提(ti)高(gao)其(qi)運(yun)行(xing)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)策(ce)略(lve)之(zhi)一(yi)。然(ran)而(er)傳(chuan)統(tong)方(fang)法(fa)無(wu)法(fa)實(shi)現(xian)厚(hou)度(du)均(jun)勻(yun)的(de)氧(yang)化(hua)物(wu)保(bao)護(hu)層(ceng)，導(dao)致(zhi)保(bao)護(hu)效(xiao)果(guo)十(shi)分(fen)有(you)限(xian)
，並(bing)不(bu)能(neng)有(you)效(xiao)延(yan)長(chang)運(yun)行(xing)穩(wen)定(ding)性(xing)。且(qie)過(guo)厚(hou)的(de)氧(yang)化(hua)物(wu)層(ceng)還(hai)會(hui)造(zao)成(cheng)光(guang)陰(yin)極(ji)吸(xi)光(guang)能(neng)力(li)減(jian)弱(ruo)等(deng)負(fu)麵(mian)問(wen)題(ti)
，進(jin)而(er)影(ying)響(xiang)光(guang)電(dian)催(cui)化(hua)活(huo)性(xing)。 近日，來自日本東京大學的Kazunari Domen教授團隊近日在Small Methods上發表了題為“Stable Hydrogen Production from Water on an NIR-Responsive Photocathode under Harsh Conditions”的文章
，首次報道了一種光電沉積保護策略。該策略能夠在在光陰極表麵形成一層厚度僅為25-30 nm的RuO2層
，同時扮演陰極保護層
、HER催化劑及表麵道題等重要角色，在有效抑製光陰極腐蝕的同時能夠最大限度地降低氧化物層對光陰極活性的影響。得益於(ZnSe)0.85(CuIn0.7Ga0.3Se2)0.15光陰極的近紅外吸光特性，其在0.6 V vs RHE的偏壓下依然具有2.9 mA cm-2的光電流，而經RuO2電沉積保護後，其在中性或堿性電解液中均能夠穩定運行10小時以上。此外
，與以往采用Pt基材料修飾的方法相比，RuO2保護的光陰極具有獨特的“活化”過程，最終表現出與Pt基材料修飾相當的光電轉化效率與半電池太陽能-氫能轉化效率。 該工作提出了一種新的光電沉積RuO2保護策略，同時提高了非氧化物光陰極材料的活性與穩定性，並探討了表麵活化過程與光電催化產氫性能間的聯係，為設計高活性
、高穩定性的非氧化物光陰極提供了一種有效的解決方案。