ACS AMI┃引入磷酸盐促进硫化钨与硫化钼修饰之硅光阴极其产氢反应活性

随着人类对于能源需求与日俱增，化石燃料正不断被大量消耗，所伴随之碳排放却造成气候变迁与全球变暖，于众多绿色能源中，因太阳能照射于地表之高能量 (1.2×105TW)，可取代石化燃料而深具开发价值，若可模拟植物进行光合作用，将太阳能转化为化学能储存，即可避免无阳光(黑夜或雨天)可使用之窘境发生，而此概念于1972年时，由藤岛与本田教授首度提出，即为光催化水分解产氢反应，许多科学家尔后纷纷投入相关研究。

       可应用于光催化水分解之半导体中，硅材料因能隙仅为1.1 eV，而几乎可吸收完整之太阳光光谱波段，且其导带位置相对于一般氢电极为-0.46 V，故极适合进行光催化产氢反应，然而硅光阴极于实际应用时，因表面之反应动能不足，造成光激发载子必须于较大施加偏压下，方可导出电极表面进行反应；此外使用硅光阴极之另一瓶颈为稳定性，当其直接接触电解液后，易于表面生成二氧化硅之绝缘层，进而造成电子-电洞对再结合机率提升，使硅光阴极之活性衰退，甚至因而失去催化特性。

       近期，台北科技大学苏昭瑾教授课题组、魏大华教授课题组与台湾大学刘如熹教授课题组共同研发硫化钨与硫化钼复合物作为共催化剂，将其修饰于硅光阴极并加速反应动能，此外引入磷酸盐促进产氢催化活性 (图1)，此电极于0 V下可产生-15.0 mA cm-2的光电流，且产气速率可达为2.24 μmol min-1，法拉第效率约为78.5％。由X射线光电子能谱(图2)与X射线吸收光谱(图3)的联合表征下，可证实磷酸盐主要与共催化剂中之硫化钨成分进行键结，并引起大量硫空缺生成，进而实现理想之催化活性。此外亦藉由原子层沉积系统制备二氧化钛薄膜，做为保护层且提高光阴极之稳定性，此电极进行计时安培法测量8000 秒后，仍可保持初始光电流的83.8％。

图1. 光电阴极材料其（a）制备示意图、（b）X射线绕射图、（c）线性扫描伏安图与（d）电化学特性。

图2. 共催化剂其（a）Mo 3d、（b）W 4f、（c）S 2p和（d）P 2p之X射线光电子能谱。

图3. 共催化剂其（a）Mo K边缘和（b）W L3边缘之X射线吸收近边结构光谱与（c）延伸X射线吸收细微结构振荡。（d）2H-MoS2或2H-WS2结构之配位环境示意图。共催化剂其（e）Mo K边缘和（f）W L3边缘之傅立叶变换X射线吸收细微结构光谱。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Boosting Solar Hydrogen Production of Molybdenum Tungsten Sulfide-Modified Si Micropyramids by Introducing Phosphate Karthika Pichaimuthu, Chih-Jung Chen, Chia-Hsien Chen, Yung-Tao Chen, Chaochin Su, Da-Hua Wei, Ru-Shi Liu ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 10.1021/acsami.0c11538 Publication Date: August 16, 2020 Copyright © 2020 American Chemical Society