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光電催化(Photoelectrochemical，PEC)分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣是將太陽能轉化為化學燃料最理想的技術途徑之一。目前，如何構建高效穩(wěn)定光活性電極引起了研究者們的廣泛關注。

光陽極表面析氧反應(OER)涉及復雜的四電子四質(zhì)子轉移過程，其動力學過程非常緩慢，因此需要高活性的水氧化催化劑提高太陽能光電分解水活性。近年來，光電催化水氧化反應的光陽極多采用基于過渡金屬氧化物、氫氧化物作為催化劑，超分子配合物作為催化劑用于水氧化反應鮮見報道。

大連理工大學Angew.丨光電催化水分解器件構建新策略

近日，精細化工國家重點實驗室孫立成院士、李福勝副研究員等人在該領域取得重要進展。該工作通過Co2+陽離子與Cucurbit[5]uril(葫蘆[5]脲, CB[5])自組裝制備了主客體配合物(Co@CB[5])，采用溶液浸泡方式將該超分子配合物催化劑吸附多孔釩酸鉍(BiVO4)半導體電極表面。構建的Co@CB[5]/BiVO4光陽極在100 mW cm-2 (AM 1.5)光照下，1.23 V(相對RHE)偏壓下的光電流密度可以達到4.8 mA cm-2，可以與基于無機材料催化劑的BiVO4光陽極媲美。Co@CB[5]主客體超分子配合物光電催化水氧化中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，為水氧化催化劑的設計及光陽極器件的構建開辟了新的思路(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2–12)。

盡管近年來，光電催化分解水制氫取得了一定進展，然而相對于光陽極而言，目前大多數(shù)光陰極材料仍存在價格昂貴、光腐蝕嚴重、毒性高等問題，因此急需開發(fā)出新型廉價、穩(wěn)定、高效的光陰極材料來解決上述難題。另外，解決如何加速光生載流子分離及轉移，減少載流子復合這一科學問題，是獲得高效光電催化光陰極的前提之一。?

李福勝副研究員等人通過對硒化銻(Sb2Se3)窄帶隙半導體進行精準的界面修飾，實現(xiàn)了高效光電催化分解水制氫光陰極的制備和機理研究。該工作采用近空間升華法制備Sb2Se3納米棒p型半導體陣列，并在其表面引入n型半導體In2S3緩沖層構建異質(zhì)結結構，通過使用非貴金屬MoSX析氫催化劑進行表面改性，促進析氫反應的進行。構建的Sb2Se3/In2S3/MoSX異質(zhì)結光陰極在100 mW cm-2?(AM 1.5)光照條件下，獲得約-27 mA cm-2?(0 V相對RHE)的光電流和2.6%的光-氫轉化效率。強度調(diào)制光電流譜（IMPS）等結果表明Sb2Se3/In2S3異質(zhì)結能有效加速載流子分離/轉移，同時抑制其表面載流子復合(J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 23385–23394)。

該系列研究工作得到了國家自然科學基金委和大連理工大學的資助支持。

文章來源：大連理工大學精細化工國家重點實驗室

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