硅是用于光电化学分解水生产氢气的有前景的光电阴极，但是它受到水性电解质中光腐蚀的限制。TiO2晶体作为一种广泛使用的保护材料，可以保护Si光电极免受腐蚀。但是，多晶TiO2中大量的晶界（GBs）会诱导大量的复合中心，从而阻碍载流子的传输。近日，天津大学Jinlong Gong等报道了通过在GBs中引入具有可控空间分布的氧空位（Ovac）以促进载流子传输。
本文要点：
1）作者通过不同的还原方法，即H2还原（HR），电化学还原（ER）和光电化学还原（PER），在晶态TiO2（26.4 nm）中获得了三种Ovac分布。
2）作者比较了两种Ovac分布，即沿GBs的Ovac和晶粒内部的Ovac。研究表明，在相同的Ovac浓度下，通过HR和ER还原的p-Si/TiO2光电极在导电原子力显微镜（c-AFM）下显示出不同的电特性。由于在GBs中形成了隧穿路径，因此在晶粒内部聚集的Ovac可以消除GBs的负面影响，并使光生电子易于流向表面。
3）实验表明，在可控的Ovac分布远离GBs的情况下，p-Si/TiO2异质结光电阴极的光电流起始电位相对于可逆氢电极（RHE）从80变为480 mV，并具有5.9％的外加偏压光子-电流效率，这是硅材料中除硅同质结外的光电阴极的最佳效率。
该工作表明，调节Ovac的分布是一种开发高质量异质结光电电极用于光电化学水分解的新方法。
Huimin Li, et al. Controllable Distribution of Oxygen Vacancies in Grain Boundaries of p‐Si/TiO2 Heterojunction Photocathodes for Solar Water Splitting. Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202014538
