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在單晶胞 ZnIn2S4 納米片陣列中構建 p-n 結以提高光電化學性能
發(fā)布時間：2021-09-15 瀏覽量：27528
1. 文章信息
標題：Construction of p-n junctions in single-unit-cell ZnIn2S4 nanosheet arrays toward promoted photoelectrochemical performance
中文標題：在單晶胞 ZnIn2S4 納米片陣列中構建 p-n 結以提高光電化學性能
頁碼：262-270（2021），DOI：https://doi.org/10.1016/j.jcat.2021.08.009
2. 文章鏈接
Construction of p-n junctions in single-unit-cell ZnIn2S4 nanosheet arrays toward promoted photoelectrochemical performance | Journal of Catalysis
3. 期刊信息
期刊名：Journal of Catalysis
ISSN：0021-9517
2021年影響因子：7.92
分區(qū)信息：中科院1區(qū)Top；JCR分區(qū)（Q1）
涉及研究方向：光電催化
4. 作者信息：第一作者是重慶大學博士吳俁。通訊作者為普渡大學助理教授Peilin Liao和重慶大學王煜教授。
5.光源型號：CEL-PEAM-D8PLUS、CEL-HXF-300、GC7920 全自動系統(tǒng)氣相色譜、濾光片\AM1.5
文章簡介：
太陽能驅動的光電化學 (PEC) 將水分解為氫燃料一直是清潔能源存儲和轉換的理想途徑。到目前為止，已經(jīng)研究了各種各樣的半導體材料并應用于 PEC 器件，然而，由于光激發(fā)電荷的高復合率，大多數(shù)光催化劑仍然受制于有限的光活性。裁剪超薄形態(tài)和構建 p-n 結已被證明能夠優(yōu)化 PEC 性能。對于一些 n 型材料（如金屬氧化物、硫屬元素化物和 g-C3N4），已經(jīng)對通過 V 族元素受主摻雜構建 的p-n 結進行了廣泛的研究。就傳統(tǒng)的 p-n 結而言，用于構建此類結構的材料已達到其厚度的理論極限（兩個單元厚）。例如，Philip Kim 及其同事提出了由范德瓦爾斯相互作用形成的超薄 p-n 異質結。然而，層間載流子分離和傳輸?shù)恼系K在這種結構中是普遍存在的。因此，我們專注于基于更薄極限厚度（僅一個晶胞厚度）的片狀納米材料，以創(chuàng)建 p-n 結來解決上述問題。
在本文中，我們首先通過磷化氫 (PH3) 處理單晶胞 n 型 ZnIn2S4 (n-ZIS) 納米片陣列構建 p-n 結，其表現(xiàn)出完全不同的載流子分離和傳輸行為。因此，這種獨特的納米結構賦予了最佳的摻磷 n-ZIS (n-ZIS-P) 光陽極具有 51.5 μmol cm-2 h-1 的高析氧速率和令人印象深刻的 6.34 mA cm-2 光生電流密度在1.23 V 相對可逆氫電極 (VRHE)下，比 n-ZIS 優(yōu)越許多。值得注意的是，我們在這項工作中展示的最佳光電流密度值高于所有基于 ZIS 的光陽極。顯著的改善可能主要是由于促進了電荷分離/傳輸、抑制了電子-空穴復合、延長了電荷壽命和提高了光穩(wěn)定性。