时间分辨光谱电化学方法研究水光氧化过程中覆盖层诱导的电荷载流子动态

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Time-Resolved Spectroelectrochemical Observation of Overlayer-Induced Charge Carrier Dynamics in Water Photooxidation

表面与界面工程优化WO?光电极，TiO?覆盖层通过能带弯曲调控载流子动力学，抑制复合并提升1.5倍法拉第效率。原位瞬态吸收光谱揭示表面电荷捕获机制，阐明能带弯曲对空间电荷区关键作用。

　　

图形摘要

在WO₃光阳极上沉积TiO₂薄膜通过表面和界面工程增强了光电化学水氧化性能。操作过程中的瞬态吸收光谱揭示了由能带弯曲驱动的离子化状态下光生电子的捕获路径。这些发现表明了表面性质、光电化学（PEC）性能和载流子动力学之间的相互关系，突显了能带弯曲改性的重要性。

摘要

表面和界面工程对于构建高效且稳定的光电电极以实现光电化学（PEC）太阳能燃料生产至关重要。尽管在光电电极优化方面取得了近期进展，但由于缺乏在半导体-电解质界面（SEI）处的适当测量方法，相应的界面反应机制尚未得到阐明。本文利用操作过程中的光谱电化学方法阐明了模型系统（涂有非晶TiO₂薄膜的WO₃光阳极）中的界面反应关键因素。研究表明，薄TiO₂薄膜增强了n型半导体的特性，并修复了WO₃光阳极表面的过量氧空位，从而减少了体相和表面载流子的复合，并使法拉第效率提高了1.5倍。操作过程中的瞬态吸收光谱测量显示，这些薄膜通过促进能带弯曲加速了光生电子从电极向外部电路的转移，并增加了被捕获的空穴数量，这表明了超快现象与实际水氧化反应之间的动力学联系。因此，我们的工作阐明了空间电荷区域中的能带弯曲作为关键因素，并为设计表面改性的PEC器件提供了重要策略。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。