有机半导体具有优良的电荷转移特性、能级易保持、生产成本低等优点,是光电化学制氢的理想材料。然而,有机半导体基光电极在水中的稳定性较差,并没有被广泛应用于PEC水分解研究。
近日,韩国国立蔚山科学技术院Ji-Wook Jang,Changduk Yang,Seungho Cho报道了通过使用镍箔钝化、获得共晶和NiFe-LDH来显著提高有机光活性层光阳极性能和稳定性的策略。
文章要点
1)在AM1.5G照射下,相比于RHE ,1.23 V下,LDH/Ni/eu@nfOP的光电流密度为15.1 mA cm−2,远高于金属氧化物光阳极,起始电位为0.55 V,比Si光阳极更负。基于这些高的光电流和低的起始电位,研究人员记录到了4.33%的ηhalf-STH。
2)在这种钝化策略下,LDH/Ni/eu@nfOP在10 h的J-t测量过程中保持了90%以上的初始性能,而无钝化的有机光活性层基光阳极(nfOP)在几分钟内就失去了活性。研究人员还发现,分别用获得共晶的镍箔和NiFe-LDHs钝化可以有效地防止表面电荷积累引起的水渗透和光腐蚀。LDH/Ni/eu@nfOP活性下降的主要原因是有机光活性层在紫外组分(100 mW cm−2)照射下的光稳定性较低,而可见光下,LDH/Nieu@nfOP的98%以上的初始光活性得以保持。
这是一种有效地钝化水中的有机半导体的方法。因此这种策略可用于开发并应用高度光稳定的有机光敏层,与无机材料相比,可以实现具有高稳定性的高性能基于有机光敏层的光阳极。
Yu, J.M., Lee, J., Kim, Y.S. et al. High-performance and stable photoelectrochemical water splitting cell with organic-photoactive-layer-based photoanode. Nat Commun 11, 5509 (2020)
DOI:10.1038/s41467-020-19329-0
https://doi.org/10.1038/s41467-020-19329-0