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北京科技大學(xué)Boping Zhang課題組--TiO2/CuS異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米線(xiàn)陣列光陽(yáng)極對(duì)水氧化的作用：CuS的作用

通過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，光電化學(xué)（PEC）的水分解法是生產(chǎn)清潔氫的一種非常有吸引力的方法。但是，它們的性能受到極差的電荷載流子分離和運(yùn)輸?shù)南拗?。在這項(xiàng)工作中，TiO₂/CuS異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米線(xiàn)陣列光陽(yáng)極是通過(guò)用連續(xù)的離子層吸附和反應(yīng)（SILAR）方法裝飾在導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)TiO₂納米線(xiàn)陣列上的CuS納米團(tuán)簇而制備的。結(jié)果表明，重復(fù)進(jìn)行SILAR程序，CuS含量增加。裝入CuS納米團(tuán)簇后，TiO₂納米線(xiàn)陣列光電陽(yáng)極的PEC性能得到增強(qiáng)，并且TiO₂/CuS-5（即重復(fù)SILAR過(guò)程重復(fù)5次）樣品顯示出最高的光電流密度。PEC活性的提高歸因于增加的光吸收和有效的電荷分離，以及在TiO₂納米線(xiàn)陣列上具有最佳的CuS覆蓋率。重要的是，進(jìn)一步的分析顯示，在PEC過(guò)程中，部分CuS還原為Cu₂S，表明CuS納米團(tuán)簇主要充當(dāng)轉(zhuǎn)移光生電子的助催化劑。

Figure 1. 在FTO襯底上生長(zhǎng)的TiO₂/CuS納米線(xiàn)陣列異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備過(guò)程。

Figure 2. （a）在FTO襯底上生長(zhǎng)的TiO₂/CuS-x（x = 0、2、5、10和80）納米線(xiàn)陣列異質(zhì)結(jié)構(gòu)的XRD圖譜；（b）部分放大的XRD圖案。

Figure 3. （a）TiO₂、（b）TiO₂/CuS-2、（c）TiO₂/CuS-5和（d）TiO₂/CuS-10納米線(xiàn)陣列異質(zhì)結(jié)構(gòu)的SEM圖像；（e）取自TiO₂/CuS-10樣品的EDS曲線(xiàn)。

Figure 4. （a）TiO₂/CuS-5的HRTEM圖像（插圖顯示了SAED模式）；（b）TiO₂納米線(xiàn)和（c）CuS納米團(tuán)簇的HRTEM放大圖。

Figure 5. （a）在黑暗中和（b）在A(yíng)M 1.5G光照下獲得的不同光陽(yáng)極的線(xiàn)性?huà)呙璺睬€(xiàn)；（c）在0 V時(shí)相對(duì)于A(yíng)g/AgCl的瞬態(tài)光電流響應(yīng)（插圖顯示了SILAR循環(huán)時(shí)間與光電流密度的關(guān)系圖），以及（d）不同光陽(yáng)極的開(kāi)路電壓曲線(xiàn)；（e）TiO₂和TiO₂/CuS-5的奈奎斯特圖；（f）在A(yíng)M 1.5G光照下TiO₂/CuS-5的穩(wěn)定性測(cè)試（零偏壓）。

Figure 6. TiO₂/CuS異質(zhì)結(jié)光電陽(yáng)極的（a）PEC反應(yīng)機(jī)理和（b）能帶結(jié)構(gòu)圖的示意圖。
相關(guān)研究成果于2019年由北京科技大學(xué)Boping Zhang課題組，發(fā)表在A(yíng)pplied Surface Science（2019，463，829–837）上。原文：TiO₂/CuS heterostructure nanowire array photoanodes toward water oxidation: The role of CuS。



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