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光电化学(PEC)水分解能够将太阳能转化为电能和化学能，在解决能源短缺和环境污染方面具有广阔的应用前景。近年来，n型半导体如TiO
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和ZnO由于其强的氧化还原能力而被广泛用作光电化学的光阳极。
然而，n型半导体的低电导率、有限的载流子寿命、快速的载流子复合以及紫外波段的弱吸收阻碍了PEC水分解的进一步发展和实际应用。
基于此，
西北大学徐新龙
、
周译玄
和
黄媛媛
等采用气相沉积法成功地合成了一种具有良好匹配带排列的Bi
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Te
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/Bi
2
Se
3
/Bi
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S
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级联异质结构。
研究人员利用电化学阻抗谱(EIS)研究了非均匀结构界面上的载流子动力学过程。Bi
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Te
3
/Bi
2
Se
3
/Bi
2
S
3
的EIS中较小的直径意味着较低的界面电阻，这可以加速电荷转移。
这可能是由于Bi
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X
3
与ITO之间具有良好的能带结构，级联异质结显示出较小的界面电阻。因此，光生电子可以有效地从Bi
2
X
3
转移到ITO上，并产生高的光响应。
为了深入了解PEC与光催化产氢之间的关系，研究人员测量了Bi
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Te
3
/Bi
2
Se
3
/Bi
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S
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级联异质结在−0.1 V和0 V以及100 mW cm
−2
下的氢气产量。
结果表明，即使在0 V下，H
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的产量也能在2.5 h内达到0.12 mmol cm
−2
；由于协同效应，在-0.1 V下，H
2
的产量可以大大提高到1.04 mmol cm
−2
。
此外，研究人员进一步测试了纯水中Bi
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Te
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/Bi
2
Se
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/Bi
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S
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级联异质结的PEC和光催化产氢性能。
Bi
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Te
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/Bi
2
Se
3
/Bi
2
S
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级联异质结在2 h内的氢产量分别为28.64 μmol cm
−2
和13.81 μmol cm
−2
，表明Bi
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Te
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/Bi
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Se
3
/Bi
2
S
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级联异质结在不使用牺牲剂的情况下也能实现高活性光催化和PEC产氢。
Bi
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Te
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/Bi
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Se
3
/Bi
2
S
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Cascade Heterostructure for Fast-Response and High-Photoresponsivity Photodetector and High-Efficiency Water Splitting with a Small Bias Voltage. Advanced Science, 2022. DOI: 10.1002/advs.202205460
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