近日，上海交通大學(xué)張鵬教授課題組提供了一種利用高活性、高穩(wěn)定性的二硫化鉬（MoS2）表面助催化劑來(lái)增強(qiáng)硅基光電極的催化性能及保護(hù)光電極的有效策略。這意味著全球面臨的能源供應(yīng)危機(jī)和環(huán)境污染問題或能得到緩解。
隨著不可再生資源如石油、天然氣、煤等耗量的日益增加，這些資源的儲(chǔ)量不斷減少，終有一天將要面臨枯竭，因此開發(fā)新能源已成為迫在眉睫的大事。氫氣因具有重量輕、導(dǎo)熱性好、發(fā)熱值高、燃燒性能好、儲(chǔ)量豐富、可回收利用和環(huán)保等特點(diǎn)，而被公認(rèn)為是理想的清潔燃料，有望緩解能源和環(huán)境危機(jī)。
當(dāng)前，最理想的產(chǎn)氫途徑是利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)水分解以化學(xué)鍵的形式來(lái)收集和儲(chǔ)存太陽(yáng)能，再將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫能，因此開發(fā)高性能、低成本的光電化學(xué)析氫裝置受到越來(lái)越多研究人員的關(guān)注。
為了使太陽(yáng)能-氫能轉(zhuǎn)化效率達(dá)到10%的商業(yè)實(shí)用目標(biāo)，所選的光電陰極和陽(yáng)極在太陽(yáng)光譜下光電流要能夠達(dá)10 mA/cm2，同時(shí)要求陰極導(dǎo)帶能級(jí)在水的還原電勢(shì)之上，這使得可選的半導(dǎo)體材料只能限制在硅以及少量III-V材料上。注意：III-V材料是指元素周期表中III族的B，Al，Ga，In和V族的N，P，As，Sb形成的化合物，如GaAs、InP等。
相對(duì)于InP來(lái)說，硅因有價(jià)格更便宜、儲(chǔ)量豐富和工藝成熟等優(yōu)勢(shì)，而被認(rèn)為是較適合作為底層光電陰極半導(dǎo)體的材料。然而，目前的硅基光電極材料卻面臨著析氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢和穩(wěn)定性差等一系列問題，所以嚴(yán)重阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。
為了彌補(bǔ)硅基光電極的不足，上海交通大學(xué)研究者通過納米鑄造法制備出了高度有序的介孔MoS2納米顆粒，并將其負(fù)載到TiO2保護(hù)的p-Si基底上。研究表明，所得的MoS2/TiO2/p-Si復(fù)合光電陰極不論是酸性還是堿性的條件下都具有極為優(yōu)異的光電催化性能和穩(wěn)定性。
該研究成果已以“Enhancing the photoelectrochemical performance of p-silicon through TiO2 coating decorated with mesoporous MoS2”為題發(fā)表在Frontiers in Energy上。
