
物理化学学报 >> 2024, Vol. 40 >> Issue (2): 2304035.doi: 10.3866/PKU.WHXB202304035
所属专题: 电化学前沿
收稿日期:2023-04-20
修回日期:2023-05-21
录用日期:2023-05-23
发布日期:2023-05-31
通讯作者:
Email: luhuajiang@qust.edu.cn; Tel.: +86-532-84022907 (姜鲁华)
基金资助:
Huasen Lu, Shixu Song, Qisen Jia, Guangbo Liu, Luhua Jiang*(
)
Received:2023-04-20
Revised:2023-05-21
Accepted:2023-05-23
Published:2023-05-31
Contact:
Email: luhuajiang@qust.edu.cn; Tel.: +86-532-84022907 (Luhua Jiang)
Supported by:摘要:
随着不可再生资源的消耗及环境污染日趋严重,开发环境友好、可再生的新能源受到广泛关注。氢可通过燃料电池进行发电,被认为是理想的洁净能源载体。耦合可再生能源,如光能、风能、海洋能等,进行光电水分解制氢是有效途径之一。氧化亚铜(Cu2O)具有合适的能带结构、制备简单、资源丰富,成为光电阴极半导体的研究热点。然而,Cu2O光电阴极面临光生电荷复合较快、光腐蚀严重等挑战,导致其光电效率低、稳定性差。本综述首先简要介绍光电水分解制氢原理以及Cu2O的能带结构适配性,其次总结氧化亚铜的制备方法;重点概述提高Cu2O光电效率和稳定性的策略,包括形成氧化亚铜-n型半导体p-n结、添加助催化剂、引入空穴传输层等;结合近年来表征技术的发展,介绍先进的光电阴极表征手段;最后,对光电阴极未来的研究方向进行展望。
卢华森, 宋世旭, 贾萁森, 刘光波, 姜鲁华. 用于光电催化水分解的氧化亚铜基光电阴极研究进展[J]. 物理化学学报, 2024, 40(2), 2304035. doi: 10.3866/PKU.WHXB202304035
Huasen Lu, Shixu Song, Qisen Jia, Guangbo Liu, Luhua Jiang. Advances in Cu2O-based Photocathodes for Photoelectrochemical Water Splitting[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40(2), 2304035. doi: 10.3866/PKU.WHXB202304035
表1
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| Photocathodes | Photocurrent at 0 V vs. RHE (mA∙cm−2) | STH | IPCE | Stability | Ref. |
| FTO/Au/Cu2O/ZnO: Al/TiO2/Pt | −7.6 | – | ~40% from 350 to 480 nm | ~1 h | |
| Au/ Cu2O/ Pt | −3.55 | – | ~40% from 350 to 450 nm | > 70 min | |
| FeOOH/ Cu2O | −1.5 | – | ~20% from 350 to 600 nm | 29% reduced in 1 h | |
| FTO/NiO/p-n Cu2O/AZO/ TiO2/Pt | −2.74 | 0.46% | ~45% from 350 to 500 nm | ~120 min | |
| Au/CuSCN/ Cu2O/Ga2O3/TiO2 | −6.4 | 4.55% | 60% at 470 nm | Photocurrent drops from 5.3 to ~5.0 mA∙cm−2 after 60 h |
| 1 |
doi: 10.1016/j.rser.2014.01.003 |
| 2 |
doi: 10.1038/238037a0 |
| 3 |
doi: 10.1126/science.280.5362.425 |
| 4 |
doi: 10.1021/nl201766h |
| 5 |
doi: 10.1039/C6FD00221H |
| 6 |
doi: 10.1039/C3EE40831K |
| 7 |
doi: 10.1039/C5TA03594E |
| 8 |
doi: 10.1016/j.ijhydene.2019.06.184 |
| 9 |
doi: 10.1149/1.1393221 |
| 10 |
doi: 10.1557/JMR.2010.0020 |
| 11 |
doi: 10.1038/nmat3017 |
| 12 |
doi: 10.1016/j.jphotochemrev.2018.10.001 |
| 13 |
doi: 10.1016/j.progsolidstchem.2004.08.001 |
| 14 |
doi: 10.1149/1.2119838 |
| 15 |
doi: 10.1002/adma.200304840 |
| 16 |
doi: 10.1103/PhysRevB.75.125420 |
| 17 |
doi: 10.1016/0165-1633(81)90033-2 |
| 18 |
doi: 10.1116/1.576890 |
| 19 |
doi: 10.1021/acsaem.2c02974 |
| 20 |
doi: 10.1002/pssa.201127493 |
| 21 |
doi: 10.1116/1.3491036 |
| 22 |
doi: 10.1002/admi.201700271 |
| 23 |
doi: 10.1002/admi.201801364 |
| 24 |
doi: 10.1080/01411594.2022.2104161 |
| 25 |
doi: 10.1016/j.matchemphys.2011.02.029 |
| 26 |
doi: 10.1021/jp800803s |
| 27 |
doi: 10.1021/la062193v |
| 28 |
doi: 10.1016/j.tsf.2010.05.117 |
| 29 |
doi: 10.1021/acs.nanolett.5b04929 |
| 30 |
doi: 10.1016/S1872-2067(18)63164-X |
| 31 |
doi: 10.1016/j.jechem.2016.09.012 |
| 32 |
doi: 10.1063/1.4865957 |
| 33 |
doi: 10.1016/S0927-0248(97)00233-X |
| 34 |
doi: 10.1021/acs.chemmater.9b01122 |
| 35 |
doi: 10.1021/cm703395k |
| 36 |
doi: 10.1016/j.tsf.2009.09.116 |
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doi: 10.1039/C8TA07503D |
| 38 |
doi: 10.1088/1361-6528/aae569 |
| 39 |
doi: 10.1039/C8TA01771A |
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doi: 10.1109/JPHOTOV.2014.2363550 |
| 41 |
doi: 10.1063/1.2822403 |
| 42 |
doi: 10.1016/j.apcatb.2019.118213 |
| 43 |
doi: 10.1002/smll.201702007 |
| 44 |
doi: 10.1038/s41467-019-13987-5 |
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doi: 10.1016/j.cej.2022.140875 |
| 46 |
doi: 10.1021/nl0258776 |
| 47 |
doi: 10.1039/B304505F |
| 48 |
doi: 10.1039/B805913F |
| 49 |
doi: 10.1002/adfm.200700356 |
| 50 |
doi: 10.1039/C2SC20874A |
| 51 |
doi: 10.1021/nn3057092 |
| 52 |
doi: 10.1021/acsami.2c07145 |
| 53 |
doi: 10.1063/1.90513 |
| 54 |
doi: 10.1021/jp9536763 |
| 55 |
doi: 10.1039/C9TA04822G |
| 56 |
doi: 10.1007/s11581-022-04827-6 |
| 57 |
doi: 10.1016/j.jcat.2020.06.021 |
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doi: 10.1038/s41586-022-05183-1 |
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doi: 10.1038/s41467-019-10143-x |
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