在单晶胞 ZnIn2S4 纳米片阵列中构建 p-n 结以提高光电化学性能

北京中教金源科技有限公司

2021/09/15 17:10

1. 文章信息

标题：Construction of p-n junctions in single-unit-cell ZnIn2S4 nanosheet arrays toward promoted photoelectrochemical performance

中文标题：在单晶胞 ZnIn2S4 纳米片阵列中构建 p-n 结以提高光电化学性能

页码：262-270（2021），DOI：https://doi.org/10.1016/j.jcat.2021.08.009

2. 文章链接

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年影响因子：7.92

分区信息：中科院1区Top；JCR分区（Q1）

涉及研究方向：光电催化

4. 作者信息：第一作者是重庆大学博士吴俣。通讯作者为普渡大学助理教授Peilin Liao和重庆大学王煜教授。

5.光源型号：CEL-PEAM-D8PLUS、CEL-HXF-300、GC7920 全自动系统气相色谱、滤光片\AM1.5

文章简介：

太阳能驱动的光电化学 (PEC) 将水分解为氢燃料一直是清洁能源存储和转换的理想途径。到目前为止，已经研究了各种各样的半导体材料并应用于 PEC 器件，然而，由于光激发电荷的高复合率，大多数光催化剂仍然受制于有限的光活性。裁剪超薄形态和构建 p-n 结已被证明能够优化 PEC 性能。对于一些 n 型材料（如金属氧化物、硫属元素化物和 g-C3N4），已经对通过 V 族元素受主掺杂构建的p-n 结进行了广泛的研究。就传统的 p-n 结而言，用于构建此类结构的材料已达到其厚度的理论极限（两个单元厚）。例如，Philip Kim 及其同事提出了由范德瓦尔斯相互作用形成的超薄 p-n 异质结。然而，层间载流子分离和传输的障碍在这种结构中是普遍存在的。因此，我们专注于基于更薄极限厚度（仅一个晶胞厚度）的片状纳米材料，以创建 p-n 结来解决上述问题。

在本文中，我们首先通过磷化氢 (PH3) 处理单晶胞 n 型 ZnIn2S4 (n-ZIS) 纳米片阵列构建 p-n 结，其表现出完全不同的载流子分离和传输行为。因此，这种独特的纳米结构赋予了最佳的掺磷 n-ZIS (n-ZIS-P) 光阳极具有 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 光生电流密度在1.23 V 相对可逆氢电极 (VRHE)下，比 n-ZIS 优越许多。值得注意的是，我们在这项工作中展示的最佳光电流密度值高于所有基于 ZIS 的光阳极。显着的改善可能主要是由于促进了电荷分离/传输、抑制了电子-空穴复合、延长了电荷寿命和提高了光稳定性。

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