近日，物理與光電工程學(xué)院李紅星教授課題組在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)能源快報(bào)》（ACS Energy Letters, 中科院一區(qū)TOP, IF=19.3）上發(fā)表題為“通過(guò)SnO₂覆蓋層改善Cu₂ZnSnS₄基光陰極性能以促進(jìn)太陽(yáng)光分解水”（Improving Cu₂ZnSnS₄-Based Photocathodes for Solar Water Splitting via SnO₂Overlayers）的論文。學(xué)院2023級(jí)博士研究生郭鵬為該論文的第一作者，我校李紅星教授和南開(kāi)大學(xué)羅景山教授為論文共同通訊作者，我校為論文的第一單位。

借助太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)水分解可將間歇性的太陽(yáng)光輻照轉(zhuǎn)化為氫氣，是人類(lèi)未來(lái)獲取綠色氫能的一種非常有前景的策略。Kesterite 型Cu₂ZnSnS₄(CZTS)半導(dǎo)體因其理論光電轉(zhuǎn)換效率高（32.2%）、無(wú)毒性和元素豐富等特征被認(rèn)為是一種極具應(yīng)用前景的光吸收層材料。當(dāng)CZTS半導(dǎo)體用作PEC水分解中的光電陰極時(shí)，基于CZTS的電極通常具有多層結(jié)構(gòu)，包括光吸收層、緩沖層、保護(hù)層和助催化劑層等。其中每一層都是重要的功能材料，對(duì)提升光生電荷分離效率，抑制光腐蝕，提高器件壽命和光電轉(zhuǎn)換效率等至關(guān)重要。

該論文通過(guò)簡(jiǎn)單的旋涂工藝構(gòu)筑出一種高效、穩(wěn)定的Pt/SnO₂/CdS/CZTS光電極，并探索了晶態(tài)SnO₂對(duì)提升CZTS電極活性和穩(wěn)定性的深層機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，SnO₂作為電子受體能極大地優(yōu)化光生電荷分離路徑；同時(shí)，SnO₂作為保護(hù)層避免了電解質(zhì)對(duì)電極內(nèi)層材料的侵蝕。優(yōu)化后Pt/SnO₂/CdS/CZTS光電極能獲得22.01 mA/cm²的穩(wěn)定光電流密度，半電池效率高達(dá)4.86%。此外，與BiVO₄光陽(yáng)極組合的串聯(lián)器件（Pt/SnO₂/CdS/CZTS‖BiVO₄）表現(xiàn)出2.61%的持續(xù)無(wú)偏壓光解水效率，這一工作為設(shè)計(jì)高活性和長(zhǎng)耐久性的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)提供了一種低成本的策略。

李紅星教授主要從事納米半導(dǎo)體太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化制氫和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池等方面的研究，先后主持了國(guó)家自然科學(xué)基金面上、青年等項(xiàng)目，近年來(lái)在A(yíng)CS Energy Lett., Adv. Funct. Mater., APL, JPCL等國(guó)際知名期刊發(fā)表論文50余篇，被引用2000余次。郭鵬碩博期間師從李紅星教授，本科就讀于我校光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)，研究生階段已在A(yíng)CS Energy Letters上面發(fā)表兩篇研究論文。

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.4c02686