用户速递丨西北大学苗慧课题组：原位生长构筑Sb2S3@CdSexS1-x准一维S型异质结光阳极及其光电化学特性研究

近日，西北大学苗慧课题组在原位生长构筑Sb2S3@CdSexS1-x准一维S型异质结光阳极及其光电化学特性研究方面取得进展，研究成果以“Fabricating S-scheme Sb2S3@CdSexS1-x quasi-one-dimensional heterojunction photoanodes by in-situ growth strategy towards photoelectrochemical water splitting”为题发表在国际期刊Journal of Materials Science & Technology。西北大学物理学院为该论文第一单位，刘康德博士研究生为第一作者，苗慧教授为通讯作者。今天小卓为大家分享该研究成果，希望对您在纳米异质结器件光电性质研究方面带来一些灵感和启发。

应用方向：纳米异质结、光电器件、纳米材料

正文

硫化锑作为良好的光吸收材料（可见光波段：>105 cm-1），近年来在光电催化领域逐步受到研究人员的广泛关注。Sb2S3由一维带状[Sb4S6]n单元组成，其在[010]和[100]方向通过范德瓦尔斯力结合，在[001]方向由强的Sb-S共价键连结，使得Sb2S3具有特殊的准一维结构各向异性，导致光生载流子沿不同方向的迁移率具有很大差别，[hk1]取向较[hk0]取向具有更高的载流子迁移率。因此制备具有[hk1]取向的一维Sb2S3纳米结构具有重要意义。

该论文首先采用两步气相输运沉积和快速冷却技术制备得到高质量的Sb2S3纳米棒。随后采用化学浴沉积和原位硒化策略，在Sb2S3纳米棒光电极表面成功构建准一维S型Sb2S3@CdSexS1-x异质结。研究表明采用两步气相输运沉积制备的薄膜光电极较一步快速冷却制备的薄膜光电极具有更大的电化学活性面积和更加显著的[hk1]优势取向生长。

图1 Sb2S3@CdSexS1-x复合光阳极的制备流程示意图

图2（a）Sb2S3 base和（b）Sb2S3 NRs的SEM图；（c）双电层电容测试图和（d）晶格纹理系数图

Sb2S3@CdSexS1-x光电极具有良好的光电化学特性，原位硒化有助于光电化学性能与稳定性的提升。在1.23 V vs. RHE偏压下，光电流密度达1.61 mA/cm2，且暗电流明显降低，在600 s持续开关光状态下表现出良好的稳定性。Sb2S3@CdSexS1-x优异的光电化学特性主要是基于形成的准一维S型异质结促进光生载流子分离，有效抑制了Sb2S3深能级缺陷导致其光生载流子严重复合的弊端。

图3 Sb2S3与Sb2S3@CdSexS1-x光电极的（a）连续开关光下的LSV测试曲线、（b）连续开关光下的IT测试曲线、（c）Nyquist图、（d）Bode图、（e）IPCE和APCE测试曲线及（f）ABPE测试曲线

图4 Sb2S3@CdSexS1-x光电极的S型载流子转移和利用结构示意图

研究结果表明：本工作采用两步气相输运沉积结合化学浴沉积和原位硒化策略，在Sb2S3纳米棒光电极表面成功构建准一维S型Sb2S3@CdSexS1-x异质结，有效抑制了Sb2S3深能级缺陷导致其光生载流子严重复合的弊端，实现光生载流子高效分离。此外原位硒化有助于光电化学性能与稳定性的提升。研究结果为开发和设计高效稳定的Sb2S3基光电器件提供了有效的策略。

关于此文章的更多细节请点击以下原文链接：DOI: 10.1016/j.jmst.2024.02.049

相关仪器介绍

文中光电化学性能测试(2c)采用卓立汉光 Sirius 300P型300W太阳光模拟器、同时IPCE测试（图3e）中单色光源采用卓立汉光Mled 4-3LED光源模组

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作者简介

苗慧 西北大学物理学院副教授、硕士生导师。近年来主要从事金属硫化物、硒化物、硒硫化物等纳米材料用于光电化学领域的研究。先后主持和参与国家自然科学基金，省自然科学基金，国家重点实验室开放基金项目等10余项。在J. Mater. Sci. Technol., Chem. Eng. J., J. Colloid Interface Sci., ACS Appl. Mater. Interfaces, Sep. Purif. Technol., Langmuir等期刊发表SCI论文50余篇，授权国家发明**10余件。