为了提高赤铁矿光阳极的光电化学水氧化性能，人们广泛采用高温退火来提高结晶度、改善赤铁矿-基底界面以及从基底引入Sn掺杂。然而，当使用额外的掺杂剂时，关于Sn和掺杂剂之间的相互作用知之甚少。
近日，韩国蔚山科学技术院Ji-Hyun Jang报道了通过防止无意中的Sn掺杂，Ge掺杂的多孔赤铁矿（Ge-PH）实验结果显示的水分解性能更接近出色理论值，与以往报道的Ge-H以及常用的代表性掺杂剂（Ti、Sn、Si）制备的赤铁矿相比，性能有了显著的提高。
文章要点
1）实验和密度泛函理论（DFT）计算结果显示，当Ge和Sn掺杂共存时，由于结构畸变，赤铁矿的结晶度显著下降。此外，通过Ge在GeO2覆盖层中热扩散形成的Ge掺杂，在保持赤铁矿表面结晶度的同时，减缓了Sn向赤铁矿晶格中的扩散，并产生了大量的OER活性中心。更重要的是，理论模拟和实验数据结果显示，Ge-PH比纯赤铁矿具有更低的过电位。
2）得益于这些协同效应，具有NiFeOx的Ge-PH （NiFeOx@Ge-PH）共催化剂在1.23VRHE下，获得了4.6 mA cm−2的高光电流密度，与未掺杂赤铁矿（1.0 mA cm−2）相比，PEC性能提高了约460%。
3）将钙钛矿型太阳能电池(PSC)与光阳极背面进行耦合，所开发的串联式PEC水分解系统获得了4.8%的高太阳能-to-氢气效率（SHT）效率。因此，这种Ge-PH有效地最大限度地提高了太阳能水分解的效率。
研究工作为未来共掺杂策略设计提供了指导。
参考文献
Yoon, KY., Park, J., Jung, M. et al. NiFeOx decorated Ge-hematite/perovskite for an efficient water splitting system. Nat Commun 12, 4309 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-24428-7
https://doi.org/10.1038/s41467-021-24428-7
