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三維有紋理的石墨烯/硅肖特基結用于增強的光-電化學有效性和穩定性
這里呈現了一種基于三維(3D)金字塔狀石墨烯/p-Si肖特基結的新奇光陰極,顯著增強其光捕獲效率,是一種有前景的光-電化學產氫催化劑。與空白Si表面相比(即沒有引入石墨烯),該3D金字塔狀石墨烯/p-Si肖特基結顯示出增強的電化學活性,也促進了電荷分離效率。此外,引入固有惰性的石墨烯還大大提高了3D石墨烯/p-Si肖特基光-電化學電池的穩定性。該光陰極的起始電位是0.41 V,飽和光電流密度為-32.5 mA cm-2 (0 V vs. RHE),出色的穩定性,該性能優于先前報道的一些工作(超薄氧化物層涂覆的有紋理的或納米結構的p-Si光陰極)。

Figure 1. 基于3D金字塔狀石墨烯/p-Si肖特基結的PEC電池產生H2的示意圖。


Figure 2.(a)典型p-Si金字塔狀基底的AFM圖,(b)平面的和金字塔狀的Si的反射光譜,(c)石墨烯薄膜轉移到金字塔狀Si基底上示意圖,(d)在金字塔狀Si基底上的石墨烯SEM圖,(e)石墨烯/平面Si和石墨烯/金字塔狀Si的Raman譜。


Figure 3.(a)石墨烯/p-Si肖特基結裝置的橫截面掃描TEM圖,(b-d)分別為圖(a)中標識的放大圖。


Figure 4. (a)平面Si,金字塔Si,石墨烯/金字塔Si光陰極在酸性溶液中的產氫I-V曲線,(b)原始金字塔Si和石墨烯/金字塔Si肖特基結光陰極的標準化飽和電流密度穩定性測試,測試電壓為-0.3 V。


Figure 5(a)局部電化學(LEIS)的空間圖,(b)Pt納米顆粒修飾在石墨烯/Si樣品上的光沉積示意圖,(c)SEM圖以及Pt, C, 和 Si元素的俄歇電子漫譜圖.


Figure 6.(a)Pt/石墨烯/金字塔Si光陰極的I-V曲線,(b)Pt/原始金字塔Si和Pt/石墨烯/金字塔Si肖特基結光陰極的穩定性測試。

該研究工作由國立臺灣大學Chun-Wei Chen課題組于2019年發表在Adv. Energy Mater.期刊上。原文:Creation of 3D Textured Graphene/Si Schottky Junction Photocathode for Enhanced Photo-Electrochemical Efficiency and Stability(https://doi.org/10.1002/aenm.201901022.)
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