电解液中Cl-离子加速Si/In2S3法拉第结光阴极界面电荷传输速率用于海水分解

近日，《中国科学化学》杂志在线发表了南京大学罗文俊、邹志刚教授等人的研究成果。在先前的研究中，海水中Cl^-离子对光阳极侧的性能影响已被广泛报道。相比之下，目前关于电解液中Cl^-离子对光阴极侧的性能影响却鲜有研究。因此，阐明Cl^-离子在光阴极侧的作用机制对于进一步提高太阳能海水分解制氢效率具有重要意义。

在该工作中，以Si/In₂S₃异质结光阴极为研究对象，通过电化学测试结果发现，随着电解液中Cl^-离子的引入，Si/In₂S₃异质结在-0.6 V_RHE电位下的光电流提升了50%。而原位XPS、飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）等表征结果表明，与常规异质结表界面处只发生电子转移过程不同，Si/In₂S₃异质结光阴极表界面发生了电子离子耦合转移过程，因此，Si/In₂S₃异质结是一个法拉第结。

研究结果还表明，在磷酸盐缓冲溶液（PBS）中，In₂S₃表面存在In₂⁺³S_3-x(OH)_2x层，该表面层通过电子离子耦合反应起到了界面电荷转移媒介的作用。在PBS电解液中加入Cl^-离子后，In₂S₃的表面层变为In₂⁺³S_3-x(Cl)_2x，从而提高了电子在光阴极/电解液界面处传输速率，最终，Si/In₂S₃光阴极在含有Cl^-离子的PBS电解液中获得了更高的产氢光电流。

该研究结果加深了对In₂S₃表面和Si/In₂S₃异质结表界面电荷传输机制的理解，并指出能够通过调控电解液中的离子来改变界面电荷传输过程，提升光电极太阳能海水分解制氢性能，为提高光电催化性能提供了新视角。

研究详情请见原文：

Cl^- ions accelerating interface charge transfer in a Si/In₂S₃ faradaic junction photocathode for solar seawater splitting

https://doi.org/10.1007/s11426-024-2119-2