通过种子层辅助生长技术提升掺锌Bi2S3薄膜的光电化学性能

《New Journal of Chemistry》：Enhanced photoelectrochemical performance of Zn-doped Bi2S3 thin films via seed-layer-assisted growth

通过种子层法（SL）辅助化学沉积和Zn掺杂制备的Bi?S?薄膜，在FTO玻璃上表现出优异的光电化学性能。SL处理提升薄膜结晶性和纳米杆形貌，使带隙从1.4 eV降至1.32 eV；Zn掺杂（0.74–1.1 at%）导致纳米颗粒形貌，带隙增至1.45 eV，但晶粒尺寸减小。光电测试显示：SL-Bi?S?在1 V下光电流密度达10 mA cm?2，Zn掺杂版本提升至12.3 mA cm?2，同时增强稳定性和抗光腐蚀性，协同效应显著优化材料性能，为太阳能水分解提供新候选材料。

　　

硫化铋（Bi?S?）是一种有前景的光电化学（PEC）水分解材料，但其性能受到较差的电荷传输能力和较高的电子-空穴复合率的限制。本研究通过在化学浴沉积过程中使用种子层（SL）法对Bi?S?进行锌（Zn）掺杂，从而提升了其性能。在FTO玻璃上制备了三种类型的薄膜：原始Bi?S?、通过种子层生长的Bi?S?以及掺杂了0.74–1.1%锌的Bi?S?。种子层法改善了Bi?S?的结晶度和纳米棒形态，并将其带隙从1.4 eV降低到1.32 eV。锌掺杂使材料形态转变为纳米颗粒，同时带隙升高至1.45 eV，且晶体尺寸变小。光电化学分析结果显示，在1 V（相对于Ag/AgCl电极）的条件下，原始Bi?S?的光电流密度为4.5 mA cm?2，通过种子层生长的Bi?S?为10 mA cm?2，而掺杂锌的Bi?S?为12.3 mA cm?2。掺锌薄膜表现出更好的稳定性和抗光腐蚀性能。种子层生长与锌掺杂的协同效应显著提升了Bi?S?的结构、光学性能以及光电化学性能，使得掺锌Bi?S?成为太阳能驱动水分解的理想候选材料。