由于其独特的空穴存储特性，Ferrihydrite（Fh，自然界中广泛存在的铁纳米晶体）被证明可作为光阳极的有效界面层，在水氧化反应中具有出色的光电化学（PEC）性能。然而，尚不清楚这种空穴存储层能否用于构建用于高效析氢反应（HER）的光电阴极。
有鉴于此，中科院大连化物所刘生忠研究员，Jingying Shi首次报道了一种由p-i-n氢化的a-Si薄膜、Fh过渡层和金属Ni颗粒集成的光电阴极（a-Si/Fh/Ni）。
文章要点
1）具有单个p-i-n结的a-Si用作光吸收剂以产生光生电荷载流子，这些载流子被p-i-n结的内置电场隔开。
2）实验结果显示，在碱性溶液中，与可逆氢电极（RHE）相比，所制造的a-Si/Fh/Ni光电阴极在0 V下可产生高达15.6 mA cm-2的最佳光电流密度，外加偏置光电流效率（ABPE）为4.08%。这是目前包括基于多结结构以及贵金属基助催化剂的a-Si光电阴极中最佳的PEC HER活性。此外，0.67 V（vs. RHE）的光电流起始电位超过了水分解电位的一半，同时并观察到持续170 min的大于14 mA cm-2的稳定的光电流密度。
3）Fh的空穴储存层和Ni助催化剂的快速HER动力学之间的协同效应显著提高了a-Si/Fh/Ni光电阴极的PEC活性。此外，富土的a-Si/FH/Ni优异的工作稳定性，在与合适的光阳极耦合后有望用于自驱动整体光催化水分解。
参考文献
Doudou Zhang, et al, First Hole-Storage Enhanced a-Si Photocathodes for Efficient Hydrogen Production, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI：10.1002/anie.202100078
https://doi.org/10.1002/anie.202100078
