Small Structures: 基于WS2纳米片的有机无机杂化光阴极作为空穴传输层材料

高效产氢(H2)是迈向环境友好型经济的基础。利用有机体异质结(BHJ)薄膜作为光“收割机”的光电阴极代表了一种极具吸引力的低成本光电解水技术。这些光电阴极需要电荷传输层(CTLs)来有效地分离空穴或电子,并分别向后集流体和电解质传输。因此,控制CTLs的边缘能级和功函数(WF),使其与BHJ膜、集流体和电解质相匹配成为决定光电水解性能的关键。

图一 基于WS2光电阴极的结构图,rr‐P3HT:PCBM吸收光并产生电子和空穴对,空穴通过WS2空穴传输层被运输到FTO表面

意大利技术研究院(Istituto Italiano di Tecnologia)的Francesco Bonaccorso教授和Sebastiano Bellani博士等人提出了使用二维p型掺杂WS2纳米片作为空穴传输层,poly(3‐hexylthiophene):phenyl‐C61‐butyric acid methyl ester (rr‐P3HT:PCBM) 作为BHJ薄膜的光阴极用于产氢。WS2纳米片是利用体相晶体在液相中剥离制备的,而p型化学掺杂允许对WS2的WF进行调整。这种方法提高了光电阴极的性能,与可逆氢电极(RHE)相比,在0 V时的光电流密度可达4.14 mA cm−2,初始电位为0.66 V vs RHE,比功率节约量为1.28%(在1个太阳光照下)。据作者所知,所合成器件的性能代表了目前基于2D材料的CTL的最高水平。相关论文发表在Small Structures上。(DOI: 10.1002/sstr.202000098)