太陽能光電化學(xué)制氫可以直接利用太陽光分解水產(chǎn)生清潔燃料氫氣，被認(rèn)為是解決未來能源危機(jī)的有效方法之一。半導(dǎo)體膠體量子點(diǎn)具有組分/尺寸/形貌相關(guān)光學(xué)特性，不僅可以作為吸光單元提升光電化學(xué)電池光陽極對(duì)太陽光的吸收效率，還能通過與光陽極寬禁帶半導(dǎo)體材料（如TiO2）形成適當(dāng)?shù)哪軒挪?，促進(jìn)光生載流子的分離和轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)高效太陽能光電化學(xué)制氫。然而，目前高光電流密度（＞17 mA/cm2）的膠體量子點(diǎn)光電化學(xué)電池仍然基于有毒重金屬Cd、Pb基量子點(diǎn)制備，與綠色環(huán)保的新能源發(fā)展理念相悖，不利于未來實(shí)際應(yīng)用和進(jìn)一步商業(yè)化。因此，探索新型環(huán)境友好型量子點(diǎn)及其高性能太陽能光電化學(xué)制氫系統(tǒng)具有非常重要的研究意義和巨大的應(yīng)用潛力。
有鑒于此，電子科技大學(xué)童鑫研究員和王志明教授團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑了一種全新的環(huán)境友好型AgInSe2/(AISe)ZnSe核殼結(jié)構(gòu)膠體量子點(diǎn)，通過低維結(jié)構(gòu)工程實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)光電改性和高性能太陽能光電化學(xué)制氫系統(tǒng)。研究表明，ZnSe殼層的生長可以有效鈍化AISe量子點(diǎn)表面缺陷態(tài)，抑制非輻射復(fù)合，而通過調(diào)控該環(huán)境友好型核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的ZnSe殼層厚度，還可以實(shí)現(xiàn)光生激子壽命大幅延長，并提升材料光學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性?；跉雍穸葍?yōu)化后的環(huán)保型AISe/ZnSe核殼量子點(diǎn)光陽極展現(xiàn)出最小的電子傳輸阻力和最優(yōu)的電子萃取速率，器件在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光照射下（AM 1.5G，100 mW cm-2）實(shí)現(xiàn)了～7.5 mA/cm2的飽和光電流密度，且經(jīng)過2小時(shí)持續(xù)光照測試還能保持60%的電流初始值，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了～96 μmol cm-2的氫氣產(chǎn)量。本研究為構(gòu)建低成本、高效率、綠色環(huán)保的太陽能光電化學(xué)制氫系統(tǒng)提供了新的思路。 論文信息 Engineered environment-friendly colloidal core/shell quantum dots for high-efficiency solar-driven photoelectrochemical hydrogen evolution Zhihang Long, Xin Tong*, Rui Wang, Ali Imran Channa, Xin Li, Yimin You, Li Xia, Mengke Cai, Hongyang Zhao, and Zhiming M. Wang* 電子科技大學(xué)博士研究生龍治行是本文的第一作者，童鑫研究員和王志明教授是通訊作者。 ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202200346
