摘要
过渡金属硫化物已被广泛研究作为氧气和氢气演化反应的电催化剂。在这里，我们使用一种简单的连续离子层吸附反应（SILAR）在多孔透明二氧化钛纳米管中合成了铜、镍、钴和铁的硫化物。这些纳米管是通过在氧化铟锡涂层的玻璃片上溅射钛层并进行阳极氧化制备的。X射线光电子能谱测量证实了铜氧化物和硫化物、钴氧化物和硫化物、镍氧化物和硫化物以及铁氧化物的存在。尽管使用含有金属和硫化物离子的5 mM水溶液对二氧化钛纳米管的壁进行了改性，但其初始透明度得以保持。根据显微研究和元素分析，硫化物在壁上均匀分布，形成了金属氧化物/金属硫化物的异质结。在所有研究的材料中，被钴氧化物和硫化物覆盖的二氧化钛在+2.1 V相对于标准氢电极（RHE）的条件下，表现出最高的电流密度，为28 mA cm?2，而未经改性的电极仅达到1.5 mA cm?2。考虑到其高透明度和对氧气演化的活性，这些电极是半透明串联装置中用于整体水分解的重要元素。
1 引言
全球向可再生能源的转变标志着电力生产中从传统化石燃料的依赖中脱离。太阳能、风能、水能和地热能作为可持续的替代能源出现，减少了环境影响并降低了温室气体排放。其中，水分解是一种清洁能生产的可持续解决方案。在阴极和阳极同时发生半电池反应，有效地将水分解为氢气和氧气。在阴极，氢离子获得电子形成氢气，而在阳极，水分子通过氧化反应生成氧气。串联光电化学电池代表了太阳能水分解生产氢气和氧气的前沿方法。透明电极在多结太阳能电池中起着关键作用，特别是在需要光线高效穿过一层到达后续层的设计中。创新的解决方案结合了太阳能驱动的水分解、独特的电池设计以及具有优化结构和组成的材料，最大化了能量生产的效率，为全球能源格局做出了可持续且有影响力的贡献。
由于过渡金属硫化物（TMS）具有显著的催化活性、成本效益和可调的电子性质，同时兼具高活性和良好的稳定性，它们显著推动了氧气演化反应（OER）电催化领域的发展。Wang等人[1]在关于整体水分解的双功能电催化剂的广泛引用综述中为基于TMS的OER电催化剂奠定了基础，而Ma等人[2]则提供了对超薄TMS纳米片优化策略的关键见解，特别关注OER机制和性能提升。先进的工程方法取得了显著进展，Sheelam等人[3]通过协同设计金属硫化物的整体组成和表面结构，实现了4.8 s?1的卓越转换频率（TOF）和600小时内的300 mA cm?2稳定性。最近发布的报告为OER催化建立了令人印象深刻的性能基准。Wu等人[4在酸性条件下通过原子级工程界面实现了167 mV的过电势和10 mA cm?2的电流密度，并保持了超过1000小时的稳定性；而基于硫化物的系统在与氢键有机框架结合时，达到了130 mV的过电势和45 mV dec?1的Tafel斜率[5]。Chen等人[6展示了FeNi氢氧化物-有机框架电催化剂的长期OER稳定性，为耐用的催化剂设计提供了优秀的参考。
对机制的理解也取得了显著进展。Wang等人[7]引入了使用具有内在手性的拓扑半导体的自旋依赖OER机制的先进概念，而综合评论阐明了碱性介质中的OER途径和中间体优化策略[8]。Jia等人[9彻底研究了表面重构现象和稳定性问题，他们展示了原位生长方法如何通过改善电子接触和活性位点的暴露来提高OER性能。Rong等人[10讨论了最近在直接氧-氧自由基耦合途径和微环境工程方面的进展，而Feng等人[11通过关于质子交换膜水分解的全面评论为实际OER应用提供了重要背景，强调了电极结构和质量电荷传输优化的重要性。这些发展突显了合理催化剂设计的重要性，该设计结合了组成工程、纳米结构和机制理解，以实现高效和稳定的OER性能。
文献中的各种研究探索了不同的硫化物组成及其沉积平台，以最大化其电催化性能。例如，Shankar等人[12开发了一种一步电化学合成方法，在平坦的镍泡沫上制备了Cu、Ni、Co和Fe的硫化物，将这些材料定位为潜在的OER电极。在更先进的方法中，Poimenidis等人[13设计了一种三维花状Ni泡沫平台用于CoS，泡沫的层次结构显著增加了电化学活性表面积。这种结构设计不仅提高了活性位点的可及性，还防止了催化纳米颗粒的聚集，这对于保持一致的催化性能至关重要。类似地，Chauhan等人[14展示了在平坦的玻璃碳平台上合成的双金属CuCo2S4纳米片的OER活性。相比之下，Han等人[15设计了氮掺杂的中孔碳作为NiFeS纳米颗粒的支撑材料，其中中孔碳框架促进了电子传输的改善，并显著扩展了可用于催化活性的表面积。这些例子强调了支撑材料选择在优化基于硫化物的电催化剂性能方面的重要性。除了基底选择外，异原子掺杂也被证明是一种有效的方法，可以调节过渡金属硫化物的电子结构并增强其催化活性，无论是用于氢气演化反应（HER）还是OER[16]。此外，阳离子交换也被证明是一种有效策略，可以调节过渡金属硫化物的化学组成和结构特征，通过优化的元素分布和表面状态来提高OER的催化性能[17]。
高熵材料和多组分电催化剂的最新进展在OER活性和稳定性方面取得了显著改进。值得注意的是，Pitchai等人[18引入了一种由Fe、Co、Cr、Mn和Zn组成的高熵层状双氢氧化物，其在10 mA cm?2下的过电势仅为185 mV，Tafel斜率低，操作稳定性超过60小时，突显了熵稳定化和多金属效应带来的催化协同作用。用五种B位过渡金属工程化的Brownmillerite氧化物也取得了出色的OER性能，过电势低至222 mV，动力学快速，强调了构型熵在稳定活性相和增强晶格氧介导机制中的作用[19]。此外，集成Mn、Co、Cr和硫掺杂碳点的层状双氢氧化物系统在碱性海水电解中实现了高电流密度和低过电势，提供了增强的电荷传输和耐氯化物性，这对于串联和透明电极架构至关重要[20]。然而，目前还没有研究将针对OER活性的硫化物以非常少量负载在透明基底上，专门用于串联电池应用。
透明电极在集成光电化学设备中可能发挥重要作用，包括光驱动的电化学水分解。众所周知，不透明电极需要光线直接照射活性材料，即前侧照明的基底[21]。与不透明电极不同，透明电极允许光线穿透
