ChemSusChem：具有共格晶界的ZnO基纳米棒用于研究晶格匹配性对载流子传输及光电析氧性能的影响

宁夏大学李丰团队在ChemSusChem期刊发文探讨了ZnO基光阳极异质结界面晶格匹配性对其光电析氧性能的影响。文章针对传统异质结光电极界面因晶格失配引起的严重载流子复合问题，采用离子交换策略设计了具有共格界面ZnO基异质结光阳极，有效提升了异质结界面处载流子分离效率和表面反应动力学。

光电分解水体系中光电极的设计需同时满足高活性和稳定性，尤其是光阳极的性能直接影响整个水分解体系的能量转换效率。目前，多数研究通过异质结构建和表面助催化剂负载的策略提升光电极体相载流子分离效率和表面反应动力学。但忽略了界面（导电基底/半导体界面，异质结界面，半导体/助催化剂界面，光阳极/电解液界面）电荷传输行为对光电极性能的影响。

有鉴于此，宁夏大学化学化工学院李丰团队聚焦异质结界面处晶格匹配性对载流子传输性能的影响。通过连续离子（S^2-、In³⁺）交换策略设计了具有共格晶界的ZnO/ZnS/ZnIn₂S₄阵列光阳极，有效缓解了传统异质结光阳极构筑过程中因晶格失配引起的严重载流子复合问题，显著提升了光阳极的载流子分离效率。文章结合物理表征和光电化学测试详细研究了共格晶界ZnO/ZnS异质结、ZnIn₂S₄的引入对光阳极析氧性能的影响。结果表明：ZnO的（002）晶面（0.260 nm）与ZnS（200）晶面（0.269 nm）通过O-Zn-S键形成异质结，建立起快速的光生载流子迁移路径，光生空穴可在内建电场驱动力下沿纳米棒径向由ZnO转移至ZnS，并被表面化学性质稳定的助催化剂ZnIn₂S₄俘获迅速参与4e-析氧反应，使得该光阳极不仅具有较高的光生空穴注入效率，同时具有优异的稳定性。另外，在三维有序纳米阵列结构高的光捕获效率贡献下，该光阳极表现出优异的析氧性能。该研究为设计高性能光电极材料提供了新思路。

论文信息

Tuning the Carrier Transfer Behavior of Coaxial ZnO/ZnS/ZnIn₂S₄ Nanorods with a Coherent Lattice Heterojunction Structure for Photoelectrochemical Water Oxidation

Jing Peng, Guorui Liu, Xianhui Jiao, Prof. Hongqiang Xia, Prof. Jing Li, Prof. Qingxiang Ma, Prof. Jun Jin, Dr. Feng Li

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202201469

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ChemSusChem

ChemSusChem是欧洲化学协会(Chemistry Europe)的官方期刊并由Wiley–VCH出版，是一本有关化学与可持续性研究的顶级跨学科期刊。该期刊通过发表化学、材料科学、化学工程和生物技术等领域的论文，展示了对可持续性和能源相关的最佳研究。

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