染料敏化光电化学电池（DSPECs）提供了一种从到达地球表面的太阳光子捕获能量，并通过两个物理上分离的半反应将丰富的资源（如水）转化为燃料的途径。n型半导体TiO2已被广泛用作DSPECs中的水分解光阳极，其光电流高达3 mA c m−2。然而在染料敏化太阳能电池（DSCs）和DSPECs中使用NiO作为p型光电阴极的效率比较较低，进而阻碍了这类太阳能电池的发展及其与高效串联器件的结合。目前，通过提高光电阴极的稳定性和效率来提高p型DSCs和DSPEC性能的研究主要集中在新的半导体材料、光敏剂设计以及染料催化剂组件上。
近日，美国俄亥俄州立大学Claudia Turro，Yiying Wu报道了合成了一种新的Rh2(II,II)二聚体，并将其固定在NiO光电阴极上。dirhodium配合物既是向NiO中注孔的敏化剂，又可作为制氢的催化剂。
文章要点
1）单分子设计绕过了传统的具有单独敏化剂和催化剂的多组分方法的局限性，从而简化了制氢途径，并减少了与额外的与其他分子间电荷转移步骤相关的能量损失。
2）研究发现，Rh2(II,II)配合物在整个可见光范围内对紫外光有很强的吸收，并延伸到近红外的∼800 nm处，因此与DSCs和DSPECs中使用的传统染料相比，其可以吸收更大比例的太阳辐照度。
3）实验结果显示，在对甲苯磺酸（0.1 M）存在下，Rh2-NiO光电极在655 nm光（53 mW·cm-2）照射下，0.2 V（vs Ag/AgCl）下，产生的光电流达到52 μA cm-2，2.5 h后析氢的法拉第效率高达85.5%，同时，光电极没有发生降解。
这项工作首次展示了一种单分子光催化剂，其在NiO上既作为光吸收剂又作为催化剂，当固定在p型半导体上时，能够从红光照射的酸性溶液中产生氢气，从而为太阳能燃料生产提供了一个有前途的新途径。
参考文献
Jie Huang, et al, Dirhodium(II,II)/NiO Photocathode for Photoelectrocatalytic Hydrogen Evolution with Red Light, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.0c12171
https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c12171
