雖然GaN已經(jīng)用于Si和Pt體系或其他電催化劑，但對Si/GaN體系結(jié)構(gòu)的基本了解還很少。對于它們長期穩(wěn)定性的來源，要么是通過中間物相關(guān)的自愈效應(yīng)，要么是與它們的熱力學(xué)穩(wěn)定性有關(guān)，但到目前為止仍不清楚。就在今年的4月，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室Francesca M. Toma、Tadashi Ogitsu和密歇根大學(xué)的Zetian Mi等人通過使用基于不同光譜和微觀技術(shù)以及DFT計(jì)算的相關(guān)方法，對GaN化學(xué)轉(zhuǎn)化的機(jī)理有了更加深入的了解，而化學(xué)轉(zhuǎn)化是自我優(yōu)化的起源。研究發(fā)現(xiàn)，GaN晶粒的側(cè)壁通過部分O取代N位點(diǎn)、形成一層薄薄的氧化GaN，并顯示出更高的析氫催化位點(diǎn)密度。這項(xiàng)工作表明GaN通過化學(xué)轉(zhuǎn)化為氧化GaN，有效提高了催化活性與穩(wěn)定性，從而顯示了氧化GaN層作為析氫保護(hù)性催化涂層的前景。相關(guān)工作以《Development of a photoelectrochemically self-improving Si/GaN photocathode for efficient and durable H2 production》為題在《Nature Materials》上發(fā)表論文。圖 Si/GaN光電陰極的自我優(yōu)化行為圖 Si/GaN光電陰極的表面化學(xué)分析
勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室Francesca M. Toma等人首先以Cu2O作為模型光電陰極，通過相關(guān)表征方法，確定了Cu2O在不同的電解質(zhì)下進(jìn)行HER和CO2RR相關(guān)的光電化學(xué)轉(zhuǎn)變。與理論預(yù)測一致，作者證明了Cu2O在光照下同時(shí)經(jīng)歷了光生電子的還原和材料中空穴的氧化，并且不同電解質(zhì)的降解速率不同，這與電解質(zhì)中OH–離子的存在有關(guān)。因此，作者為這種材料提供了一種合理的保護(hù)方案設(shè)計(jì)，使用Ag催化劑加速光生電子的轉(zhuǎn)移，并通過構(gòu)筑Z-Scheme來分離空穴，以確保持續(xù)和選擇性的光驅(qū)動(dòng)CO2RR生產(chǎn)乙烯。結(jié)果表明，在平衡條件下，該光電陰極具有穩(wěn)定的CO2還原光電流，對乙烯的法拉第效率約為60%，而裸Cu2O在幾分鐘內(nèi)發(fā)生降解。相關(guān)工作以《Investigation and mitigation of degradation mechanisms in Cu2O photoelectrodes for CO2 reduction to ethylene》為題在《Nature Energy》上發(fā)表論文。
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