中科大孙海定，发表Nat. Commun.！

华算科技 • 2025年3月7日下午7:04 • 催化顶刊 • 阅读 9

微信截图_20250121190446

光电化学(PEC)水分解已经成为生产氢能的环境友善和可持续方法之一。研制具有优良催化活性和长期稳定性的光电极是实现高效和稳定PEC体系的关键。然而，对于那些由具有适当带隙的纯半导体(例如：Si、金属氧化物和III-V化合物)组成的光电极来说，它们往往容易受到光腐蚀和化学腐蚀。此外，这些固有的太阳光吸收半导体往往表现出缓慢的反应动力学，并严重依赖于负载助催化剂，以提高其催化活性。

因此，为了同时解决光电极的稳定性和活性问题，采用保护层和助催化剂的策略已被广泛应用于电化学电化学系统的建立。但是，由于在水环境中的自还原和溶解，这些保护层不能永久地保持在半导体上。并且，由半导体和助催化剂之间的弱相互作用引起的松散的助催化剂/半导体界面严重限制了PEC过程中光电极的寿命。

课题组报道了一种化学稳定的氮化镓(GaN)半导体纳米线阵列，其自发生长在Si载体上以产生GaN纳米线-Si晶片结构，在三维(1D/3D)的光电极上形成一维结构。通过选择性化学蚀刻步骤进一步裁剪GaN纳米线，以暴露内部GaN

活性面，然后在其表面锚定Au纳米粒子作为助催化剂。

所构建的Au/Facted-GaN/Si光阴极在AM 1.5 G辐照下具有0.52 V的高起始电位(V_on)和10.36%的外加偏压光-电转化效率(ABPE)，并在高电流密度下稳定产氢800小时以上。

系统的表征和理论计算表明，Au/Facted-GaN/Si光阴极这种优越的电化学性能可以主要归因于在Au/GaN

界面上面诱导的强电子相互作用，形成强耦合重构GaN纳米线/Au异质界面，这不仅使得GaN

晶面为Au纳米粒子提供更大的吸附能，提供更强的锚定效应，防止Au纳米粒子在剧烈的PEC HER过程中脱离，同时调节了Au纳米粒子的电子结构，优化氢吸附能，实现丰富的高度活跃的界面区域。

综上，该项研究为改善氮化物半导体/助催化剂的界面提供了一个简单而有效的方法，为氮化物半导体随后广泛应用于各种人工光合作用反应奠定了基础，促进了经济和大规模人工光合作用的发展。

Enhanced solar hydrogen production via reconfigured semi-polar facet/cocatalyst heterointerfaces in GaN/Si photocathodes. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-024-55743-4

【高端测试，找华算】🏅 同步辐射XAS限时直降1000元🎉原价3500/元素起，现仅需2500/元素起！

全球机时，三代光源，随寄随测！最快一周出结果，保证数据质量！

👉 点击阅读原文，立即下单！

声明：如需转载请注明出处（华算科技旗下资讯学习网站-学术资讯），并附有原文链接，谢谢！

中科大孙海定，发表Nat. Commun.！

关于作者

华算科技

相关推荐