为了构建一种具有在碱性条件下工作的硅光电阴极的高效光电化学串联装置，需要开发稳定且高活性的催化剂，使光电阴极能够在碱性环境下可靠地工作。凭借纳米结构的钝化层和边缘暴露的过渡金属二硫化物，硅光电阴极为实现碱性太阳能水分解提供了新的机会。

有鉴于此，首尔国立大学Ho Won Jang教授和Jin Young Kim等人，展示了在碱性介质中运行的 TiO₂ 纳米棒钝化层上装饰的高活性 MoS₂ 纳米片。

本文要点

1）采用具有成本效益的两步水热法，在p型硅上直接合成了合理设计的TiO₂纳米棒和MoS₂纳米板。高度结晶和垂直排列的TiO₂纳米棒阵列使光生电子容易分离到固-液界面，并作为一个极好的钝化层。由边缘丰富的MoS₂纳米板装饰的TiO₂纳米棒阵列被精心合成并沉积在p-Si上。垂直排列的TiO₂纳米棒充分稳定了硅表面，并提高了抗反射率。此外，具有暴露边缘位点的 MoS₂ 纳米片提供催化活性区域，导致在碱性环境下动力学有利于析氢。

2）在稳态照明下，p-Si与催化剂层之间的界面能带弯曲有利于光生电子的传输。因此，MoS₂纳米板/TiO₂纳米棒/p-Si光电阴极在碱性介质中表现出显着改善的光电化学-析氢反应（PEC-HER）性能，在 0 V （vs RHE）下具有 10 mA cm^-2 的高光电流密度和高稳定性。

3）通过将合理设计的光电阴极与地球丰富的 Fe₆₀(NiCo)₃₀Cr₁₀ 阳极和钙钛矿/Si 串联光伏电池相结合，以 5.4 mA cm^-2 的电流密度实现了无辅助的碱性太阳能水分解，太阳能制氢效率为6.6%，是 p-Si 光电阴极中最高的。

参考文献：

Sang Eon Jun et al. Boosting Unassisted Alkaline Solar Water Splitting Using Silicon Photocathode with TiO₂ Nanorods Decorated by Edge-Rich MoS₂ Nanoplates. Small, 2021.

DOI: 10.1002/smll.202103457

https://doi.org/10.1002/smll.202103457