NiFe磷化物修饰TiO2 /In2 S3 异质结光阳极：高效太阳能水分解与抗光腐蚀新策略

针对TiO2 光阳极电荷分离效率低、光吸收范围窄及In2 S3 易光腐蚀等问题，研究人员通过水热法构建TiO2 /In2 S3 异质结，并引入普鲁士蓝衍生的NiFe磷化物（NiFeP）助催化剂，实现3.18 mA cm?2 的光电流密度（1.23 V vs. RHE）及12小时稳定性达97.67%，为无牺牲剂体系太阳能水分解提供新思路。

　　

全球能源危机与环境问题迫使人类寻找清洁能源解决方案，太阳能水分解技术因其零碳排放特性成为研究热点。然而，传统TiO₂
光阳极面临紫外光吸收局限、电荷分离效率低下等瓶颈，而窄带隙材料In₂
S₃
虽能拓宽光谱响应，却因严重的光腐蚀问题难以实用化。更棘手的是，现有保护策略如原子层沉积（ALD）或高温处理往往牺牲活性或稳定性。如何兼顾高效、稳定、低成本，成为该领域“卡脖子”难题。

中国西南石油大学的研究团队独辟蹊径，将普鲁士蓝类似物（PBA）衍生化学与异质结工程相结合，设计出TiO₂
/In₂
S₃
/NiFeP三级结构光阳极。通过低温磷化工艺将NiFeP纳米颗粒锚定在异质结表面，该器件不仅实现92.17%的理论光电流转化率，更在1 M KOH电解液中展现出近乎“零衰减”的12小时稳定性，相关成果发表于《International Journal of Hydrogen Energy》。

关键技术
研究采用水热法构建TiO₂
/In₂
S₃
异质结，以NiFe-PBA为前驱体通过低温磷化（NaH₂
PO₂
处理）制备NiFeP助催化剂。通过开尔文探针力显微镜（KPFM）表征表面电势，结合电化学阻抗谱（EIS）和瞬态光电流分析揭示电荷传输机制。

研究结果

1. 材料特性：NiFeP的引入使光阳极在可见光区吸收显著增强，XPS证实P元素成功掺杂形成金属-磷键，表面态密度提升2.4倍。
2. 光电性能：在AM 1.5G光照下，复合光阳极的电荷分离效率（η_sep
   ）达92.46%，注入效率（η_inj
   ）达92.31%，较纯TiO₂
   提升近10倍。
3. 抗腐蚀机制：原位Raman显示NiFeP通过形成Fe-S键稳定In₂
   S₃
   表面，其表面态作为“电子高速公路”加速空穴转移，使光腐蚀速率降低98%。

结论与意义
该研究突破传统“保护层-活性层”对立设计，利用NiFeP双金属协同效应同时实现催化与保护功能：磷位点促进OH*脱附，而Fe/Ni双位点调控电子局域化。这种“一石三鸟”策略（增强光吸收、促进电荷分离、抑制腐蚀）为脆弱硫化物光电极的实用化提供普适性方案，推动太阳能水分解技术向工业化迈进。Ming Zhang等的工作不仅填补了PBA衍生材料在光电催化领域的应用空白，更启示了多金属协同表面工程在能源转换器件中的巨大潜力。