光電化學(PEC)水分解能夠將太陽能轉化為電能和化學能，在解決能源短缺和環境污染方面具有廣闊的應用前景。近年來，n型半導體如TiO2和ZnO由于其強的氧化還原能力而被廣泛用作光電化學的光陽極。
然而，n型半導體的低電導率、有限的載流子壽命、快速的載流子復合以及紫外波段的弱吸收阻礙了PEC水分解的進一步發展和實際應用。基于此，西北大學徐新龍、周譯玄和黃媛媛等采用氣相沉積法成功地合成了一種具有良好匹配帶排列的Bi2Te3/Bi2Se3/Bi2S3級聯異質結構。研究人員利用電化學阻抗譜(EIS)研究了非均勻結構界面上的載流子動力學過程。Bi2Te3/Bi2Se3/Bi2S3的EIS中較小的直徑意味著較低的界面電阻，這可以加速電荷轉移。這可能是由于Bi2X3與ITO之間具有良好的能帶結構，級聯異質結顯示出較小的界面電阻。因此，光生電子可以有效地從Bi2X3轉移到ITO上，并產生高的光響應。為了深入了解PEC與光催化產氫之間的關系，研究人員測量了Bi2Te3/Bi2Se3/Bi2S3級聯異質結在?0.1 V和0 V以及100 mW cm?2下的氫氣產量。結果表明，即使在0 V下，H2的產量也能在2.5 h內達到0.12 mmol cm?2；由于協同效應，在-0.1 V下，H2的產量可以大大提高到1.04 mmol cm?2。此外，研究人員進一步測試了純水中Bi2Te3/Bi2Se3/Bi2S3級聯異質結的PEC和光催化產氫性能。Bi2Te3/Bi2Se3/Bi2S3級聯異質結在2 h內的氫產量分別為28.64 μmol cm?2和13.81 μmol cm?2，表明Bi2Te3/Bi2Se3/Bi2S3級聯異質結在不使用犧牲劑的情況下也能實現高活性光催化和PEC產氫。Bi2Te3/Bi2Se3/Bi2S3 Cascade Heterostructure for Fast-Response and High-Photoresponsivity Photodetector and High-Efficiency Water Splitting with a Small Bias Voltage Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202205460
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