苏大沈明荣/范荣磊AEM：梯度Ni3S2层促进碱性介质中硅光电阴极的太阳能制氢

利用硅（Si）作为光电阴极一直被认为是实现具有成本效益的光电化学（PEC）太阳能制氢的理想途径。然而，电荷转移效率和稳定性之间的矛盾严重限制了Si基PEC器件在碱性介质中的实际应用。

基于此，苏州大学沈明荣教授和范荣磊教授（共同通讯作者）等人报道了一种简便的热电沉积工艺，用于集成梯度结构的Ni₃S₂（G-Ni₃S_xO_2-x）层，以同时保护和充当碱性溶液中Si光电阴极的催化剂。

作者在NiSO₄•6H₂O和硫脲组成的前驱体溶液中，利用简单的热电沉积方法在p-Si基底上制备了Ni₃S₂和G-Ni₃S_xO_2-x纳米结构。

根据SEM图像显示，一层空间互连的共形G-Ni₃S_xO_2-x纳米片在Si上呈近似垂直排列，厚度约为200 nm。研究发现，G-Ni₃S_xO_2-x层不仅为析氢反应（HER）提供了丰富的活性位点，而且还促进了电荷分离和传输以及传质。

通过实验测试发现，所制备的Si光电阴极在模拟AM 1.5 G光照射下表现出优异的PEC活性，具有0.39 V （vs. RHE）的高起始电位，在0 V （vs. RHE）时光电流密度为-33.8 mA cm^-2，优于最先进的基于p-Si的光电阴极。

此外，G-Ni₃S_xO_2-x层与Si基底具有良好的界面接触，G-Ni₃S_xO_2-x/Si界面处的应力可忽略不计。在碱性介质中，电流密度超过30 mA cm^-2下可以提供超过120 h的良好耐久性。总之，这种梯度结构策略为设计高效耐用的PEC器件铺平了道路。

Gradient-Structuring Manipulation in Ni₃S₂ Layer Boosts Solar Hydrogen Production of Si Photocathode in Alkaline Media. Adv. Energy Mater., 2021, DOI: 10.1002/aenm.202102865.

https://doi.org/10.1002/aenm.202102865.

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苏大沈明荣/范荣磊AEM：梯度Ni3S2层促进碱性介质中硅光电阴极的太阳能制氢

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