太陽能驅動的光電化學(PEC)水分解能夠直接將太陽能轉化為可持續的和可儲存的氫燃料。通過PEC進行太陽能轉換的一個主要障礙是缺乏高活性、耐用和經濟的光電陰極。硅(Si)由于其相對低的帶隙(~1.12eV)、有效的光吸收和析氫反應(HER)合適的帶位置，其具有作為光電陰極進行PEC水分解的潛力。然而，Si嚴重的電荷復合和緩慢的HER動力學嚴重限制了其PEC性能。
為了克服這些瓶頸，蘇州大學范榮磊、沈明榮和雎勝等通過簡便的大氣溶劑熱法，合成了富氧空位Ni(OH)2納米片層(rNi(OH)2)，作為保護硅光電陰極的Ir和Ni之間的多功能層。
掃描電子顯微鏡(SEM)、高分辨率掃描電子顯微鏡(TEM)和能量色散X射線(EDX)映射的綜合分析表明，r-Ni(OH)2層對推動Ir催化劑進入原子尺度有顯著影響。此外，通過X射線衍射(XRD)、拉曼光譜、電子順磁共振(EPR)和X射線光電子能譜(XPS)闡明了Ir和r-Ni(OH)2之間的強電子相互作用。
密度泛函理論(DFT)計算表明，r-Ni(OH)2層可以提供特殊的錨定點，通過新形成的O-Ir-O鍵有效捕獲和穩定Ir原子，并且Ir/rNi(OH)2界面有利于載流子的轉移。
更重要的是，r-Ni(OH)2與原子Ir的結合不僅降低了解離水分子的能壘，而且顯著優化了H的吸附能，從而加速了堿性介質中的HER過程。結果表明，Ir/r-Ni(OH)2/Ni/Si光電陰極在1.0 M KOH溶液中表現出優異的PEC性能，ABPE為12.4%，并在AM 1.5G輻照下具有超過300小時的可持續穩定性，優于所有以前報道的在堿性介質中工作的硅光電陰極。
Oxygen-Vacancy-Rich Nickel Hydroxide Nanosheet: A Multifunctional Layer between Ir and Si toward Enhanced Solar Hydrogen production in Alkaline Media. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/D2EE00951J
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