雖然GaN已經用于Si和Pt體系或其他電催化劑，但對Si/GaN體系結構的基本了解還很少。對于它們長期穩定性的來源，要么是通過中間物相關的自愈效應，要么是與它們的熱力學穩定性有關，但到目前為止仍不清楚。就在今年的4月，勞倫斯伯克利國家實驗室Francesca M. Toma、Tadashi Ogitsu和密歇根大學的Zetian Mi等人通過使用基于不同光譜和微觀技術以及DFT計算的相關方法，對GaN化學轉化的機理有了更加深入的了解，而化學轉化是自我優化的起源。研究發現，GaN晶粒的側壁通過部分O取代N位點、形成一層薄薄的氧化GaN，并顯示出更高的析氫催化位點密度。這項工作表明GaN通過化學轉化為氧化GaN，有效提高了催化活性與穩定性，從而顯示了氧化GaN層作為析氫保護性催化涂層的前景。相關工作以《Development of a photoelectrochemically self-improving Si/GaN photocathode for efficient and durable H2 production》為題在《Nature Materials》上發表論文。圖 Si/GaN光電陰極的自我優化行為圖 Si/GaN光電陰極的表面化學分析
勞倫斯伯克利國家實驗室Francesca M. Toma等人首先以Cu2O作為模型光電陰極，通過相關表征方法，確定了Cu2O在不同的電解質下進行HER和CO2RR相關的光電化學轉變。與理論預測一致，作者證明了Cu2O在光照下同時經歷了光生電子的還原和材料中空穴的氧化，并且不同電解質的降解速率不同，這與電解質中OH–離子的存在有關。因此，作者為這種材料提供了一種合理的保護方案設計，使用Ag催化劑加速光生電子的轉移，并通過構筑Z-Scheme來分離空穴，以確保持續和選擇性的光驅動CO2RR生產乙烯。結果表明，在平衡條件下，該光電陰極具有穩定的CO2還原光電流，對乙烯的法拉第效率約為60%，而裸Cu2O在幾分鐘內發生降解。相關工作以《Investigation and mitigation of degradation mechanisms in Cu2O photoelectrodes for CO2 reduction to ethylene》為題在《Nature Energy》上發表論文。
