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利用硅（Si）作為光電陰極一直被認為是實現具有成本效益的光電化學（PEC）太陽能制氫的理想途徑。然而，電荷轉移效率和穩定性之間的矛盾嚴重限制了Si基PEC器件在堿性介質中的實際應用。

基于此，蘇州大學沈明榮教授和范榮磊教授（共同通訊作者）等人報道了一種簡便的熱電沉積工藝，用于集成梯度結構的Ni₃S₂（G-Ni₃S_xO_2-x）層，以同時保護和充當堿性溶液中Si光電陰極的催化劑。

作者在NiSO₄?6H₂O和硫脲組成的前驅體溶液中，利用簡單的熱電沉積方法在p-Si基底上制備了Ni₃S₂和G-Ni₃S_xO_2-x納米結構。

根據SEM圖像顯示，一層空間互連的共形G-Ni₃S_xO_2-x納米片在Si上呈近似垂直排列，厚度約為200 nm。研究發現，G-Ni₃S_xO_2-x層不僅為析氫反應（HER）提供了豐富的活性位點，而且還促進了電荷分離和傳輸以及傳質。

通過實驗測試發現，所制備的Si光電陰極在模擬AM 1.5 G光照射下表現出優異的PEC活性，具有0.39 V （vs. RHE）的高起始電位，在0 V （vs. RHE）時光電流密度為-33.8 mA cm^-2，優于最先進的基于p-Si的光電陰極。

此外，G-Ni₃S_xO_2-x層與Si基底具有良好的界面接觸，G-Ni₃S_xO_2-x/Si界面處的應力可忽略不計。在堿性介質中，電流密度超過30 mA cm^-2下可以提供超過120 h的良好耐久性。總之，這種梯度結構策略為設計高效耐用的PEC器件鋪平了道路。

Gradient-Structuring Manipulation in Ni₃S₂ Layer Boosts Solar Hydrogen Production of Si Photocathode in Alkaline Media. Adv. Energy Mater., 2021, DOI: 10.1002/aenm.202102865.

https://doi.org/10.1002/aenm.202102865.

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蘇大沈明榮/范榮磊AEM：梯度Ni3S2層促進堿性介質中硅光電陰極的太陽能制氫

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