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近日，西北大學(xué)苗慧課題組在原位生長構(gòu)筑Sb2S3@CdSexS1-x準(zhǔn)一維S型異質(zhì)結(jié)光陽極及其光電化學(xué)特性研究方面取得進展，研究成果以“Fabricating S-scheme Sb2S3@CdSexS1-x quasi-one-dimensional heterojunction photoanodes by in-situ growth strategy towards photoelectrochemical water splitting"為題發(fā)表在國際期刊Journal of Materials Science & Technology。西北大學(xué)物理學(xué)院為該論文第一單位，劉康德博士研究生為第一作者，苗慧教授為通訊作者。今天小卓為大家分享該研究成果，希望對您在納米異質(zhì)結(jié)器件光電性質(zhì)研究方面帶來一些靈感和啟發(fā)。

應(yīng)用方向：納米異質(zhì)結(jié)、光電器件、納米材料

正文

硫化銻作為良好的光吸收材料（可見光波段：>105 cm-1），近年來在光電催化領(lǐng)域逐步受到研究人員的廣泛關(guān)注。Sb2S3由一維帶狀[Sb4S6]n單元組成，其在[010]和[100]方向通過范德瓦爾斯力結(jié)合，在[001]方向由強的Sb-S共價鍵連結(jié)，使得Sb2S3具有特殊的準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)各向異性，導(dǎo)致光生載流子沿不同方向的遷移率具有很大差別，[hk1]取向較[hk0]取向具有更高的載流子遷移率。因此制備具有[hk1]取向的一維Sb2S3納米結(jié)構(gòu)具有重要意義。

該論文首先采用兩步氣相輸運沉積和快速冷卻技術(shù)制備得到高質(zhì)量的Sb2S3納米棒。隨后采用化學(xué)浴沉積和原位硒化策略，在Sb2S3納米棒光電極表面成功構(gòu)建準(zhǔn)一維S型Sb2S3@CdSexS1-x異質(zhì)結(jié)。研究表明采用兩步氣相輸運沉積制備的薄膜光電極較一步快速冷卻制備的薄膜光電*具有更大的電化學(xué)活性面積和更加顯著的[hk1]優(yōu)勢取向生長。

圖1 Sb2S3@CdSexS1-x復(fù)合光陽極的制備流程示意圖

圖2（a）Sb2S3 base和（b）Sb2S3 NRs的SEM圖；（c）雙電層電容測試圖和（d）晶格紋理系數(shù)圖

Sb2S3@CdSexS1-x光電*具有良好的光電化學(xué)特性，原位硒化有助于光電化學(xué)性能與穩(wěn)定性的提升。在1.23 V vs. RHE偏壓下，光電流密度達1.61 mA/cm2，且暗電流明顯降低，在600 s持續(xù)開關(guān)光狀態(tài)下表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。Sb2S3@CdSexS1-x優(yōu)異的光電化學(xué)特性主要是基于形成的準(zhǔn)一維S型異質(zhì)結(jié)促進光生載流子分離，有效抑制了Sb2S3深能級缺陷導(dǎo)致其光生載流子嚴(yán)重復(fù)合的弊端。

圖3 Sb2S3與Sb2S3@CdSexS1-x光電極的（a）連續(xù)開關(guān)光下的LSV測試曲線、（b）連續(xù)開關(guān)光下的IT測試曲線、（c）Nyquist圖、（d）Bode圖、（e）IPCE和APCE測試曲線及（f）ABPE測試曲線

圖4 Sb2S3@CdSexS1-x光電極的S型載流子轉(zhuǎn)移和利用結(jié)構(gòu)示意圖

研究結(jié)果表明：本工作采用兩步氣相輸運沉積結(jié)合化學(xué)浴沉積和原位硒化策略，在Sb2S3納米棒光電極表面成功構(gòu)建準(zhǔn)一維S型Sb2S3@CdSexS1-x異質(zhì)結(jié)，有效抑制了Sb2S3深能級缺陷導(dǎo)致其光生載流子嚴(yán)重復(fù)合的弊端，實現(xiàn)光生載流子高效分離。此外原位硒化有助于光電化學(xué)性能與穩(wěn)定性的提升。研究結(jié)果為開發(fā)和設(shè)計高效穩(wěn)定的Sb2S3基光電器件提供了有效的策略。

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作者簡介

苗慧 西北大學(xué)物理學(xué)院副教授、碩士生導(dǎo)師。近年來主要從事金屬硫化物、硒化物、硒硫化物等納米材料用于光電化學(xué)領(lǐng)域的研究。先后主持和參與國家自然科學(xué)基金，省自然科學(xué)基金，國家重點實驗室開放基金項目等10余項。在J. Mater. Sci. Technol., Chem. Eng. J., J. Colloid Interface Sci., ACS Appl. Mater. Interfaces, Sep. Purif. Technol., Langmuir等期刊發(fā)表SCI論文50余篇，授權(quán)國家發(fā)明專*10余件。