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導(dǎo)言

如今，能源和環(huán)境問題在社會中變得日益突出傳承，發(fā)展清潔和環(huán)保的能源符合生態(tài)文明和能源建設(shè)的要求等特點，這在過去幾十年中吸引了眾多研究者的關(guān)注。窄帶隙半導(dǎo)體Sb2S3因其高光吸收系數(shù)和合適的帶隙寬度而被廣泛應(yīng)用于太陽能電池領(lǐng)域多種。然而，大量的深能級缺陷為光生載流子提供了豐富的復(fù)合位點(diǎn)發展成就，嚴(yán)重限制了光電化學(xué)性能的提升成就。

在這項工作中，作者通過兩步氣相傳輸沉積（VTD）法開展面對面、化學(xué)浴沉積（CBD）和原位硒化法進一步提升，在FTO基底上制備了S型Sb2S3@CdSexS1-x核殼準(zhǔn)一維異質(zhì)結(jié)光電陽極。結(jié)果表明知識和技能，CdSexS1-x納米顆粒（NPs）緊密包覆在Sb2S3納米棒（NRs）上新模式。在1.23 VRHE下，Sb2S3@CdSexS1-x光電陽極的光電流密度達(dá)到1.61 mA cm-2提高，相較于Sb2S3光電陽極（0.61 mA cm-2）方便，實(shí)現(xiàn)了2.64倍的提升，并且有效降低了暗電流應用領域。在600秒的光學(xué)穩(wěn)定性測試中，該光電陽極展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和快速的光電流響應(yīng)進行培訓。

分享一篇來自西北大學(xué)苗慧團(tuán)隊的新研究成果發展機遇，本文以“通過原位生長制備用于光電化學(xué)水解的S型Sb2S3@CdSexS1-x準(zhǔn)一維異質(zhì)結(jié)光電陽極"為題發(fā)表于期刊Journal of Materials Science & Technology長效機製，希望對您的科學(xué)研究或工業(yè)生產(chǎn)帶來一些靈感和啟發(fā)。

正文

Sb2S3是一種具有適中帶隙寬度（1.5-2.2電子伏特）和高光吸收系數(shù)的直接帶隙半導(dǎo)體全技術方案。Sb2S3在自然界中以輝銻礦的形式存在分享。它具有低毒性、低成本信息化、高穩(wěn)定性和高儲量的特點(diǎn)方式之一。在分子結(jié)構(gòu)中，Sb2S3是一種準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)新型儲能，由[Sb4S6]n納米帶之間的范德華力連接而成創新能力。在[Sb4S6]n納米帶中，即在[hk1]晶面方向上範圍，Sb原子和S原子通過化學(xué)鍵相連求得平衡。然而，[Sb4S6]n納米帶之間通過范德華力結(jié)合空間廣闊，這意味著光生載流子在[hk0]方向上的傳輸阻力顯著增加至關重要，從而降低了載流子的傳輸效率。因此服務品質，制備以[hk1]為主要取向的Sb2S3成為增強(qiáng)其光電化學(xué)性能的第一步的發生。目前，Sb2S3的制備已經(jīng)得到了廣泛的研究影響，例如水熱法狀態、化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)浴沉積法指導、電沉積法廣泛認同、溶膠-凝膠法和旋涂法等。受到光電催化潛力的吸引更高效，研究人員致力于提高Sb2S3光電極的光電化學(xué)性能全面協議，用于光電化學(xué)水分解。在Sb2S3制備的研究中具體而言，形貌控制已成為提高Sb2S3光電流響應(yīng)的主要問題工具。與Sb2S3基體相比，Sb2S3納米棒（NRs）具有更豐富的表面形貌喜愛，能夠提供更多的活性反應(yīng)位點(diǎn)重要的角色。由此產(chǎn)生的光陷阱結(jié)構(gòu)可以有效提高光吸收能力，有利于光生載流子的傳輸向好態勢。

在研究Sb2S3的光電化學(xué)性能方面平臺建設，研究人員專注于提高光電極的穩(wěn)定性。S型異質(zhì)結(jié)能夠有效解決由于能級缺陷導(dǎo)致的載流子復(fù)合問題，從而有效提升光電化學(xué)性能使用。在本研究的第二部分大幅拓展，通過在Sb2S3納米棒（NRs）表面結(jié)合CdS后進(jìn)行原位硒化，構(gòu)建了S型Sb2S3@CdSexS1-x核殼準(zhǔn)一維異質(zhì)結(jié)光電陽極更加堅強。硒的引入有效調(diào)節(jié)了CdS的能級結(jié)構(gòu)與時俱進，構(gòu)建的S型異質(zhì)結(jié)提升了光吸收和氧化還原能力。本文提出了一種利用氣相傳輸沉積（VTD）方法制備Sb2S3納米棒的過程初步建立。其目的是通過增強(qiáng)光生載流子的傳輸效率和空間分離效率綜合運用，改善Sb2S3光電極的光化學(xué)特性，并最終應(yīng)用于光電化學(xué)水分解的方法。

結(jié)果與討論

對相關(guān)薄膜光電極進(jìn)行了掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）研究展示了不同階段光電極的微觀形貌實事求是。在高溫和高載氣流速下制備的Sb2S3基底呈現(xiàn)出堆疊結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不利于載流子傳輸持續，且Sb2S3單元呈現(xiàn)出斷裂且不規(guī)則的形貌等多個領域。這些凸起的結(jié)構(gòu)部位為Sb2S3納米棒的原位生長提供了生長位點(diǎn)再獲。在圖2(a)中產品和服務，通過原位沉積生長的Sb2S3展現(xiàn)出優(yōu)異的納米棒形貌。在Sb2S3復(fù)合CdSexS1-x后體驗區，Sb2S3@CdSexS1-x保持了原始的納米棒結(jié)構(gòu)（圖2(b)）增多。圖2(c, d)是Sb2S3@CdSexS1-x光電極的TEM和高分辨TEM圖像。根據(jù)高分辨TEM（圖2(d)）有望，觀察到的晶格間距為Sb2S3的(111)面0.346納米和CdSexS1-x的(110)面0.215納米進一步推進。

圖1 (a) Sb2S3納米棒的SEM圖像，(b) Sb2S3@CdSexS1-x光電極的SEM圖像顯示，(c) TEM圖像創新為先，(d) 高分辨TEM圖像，(e, f) HAADF圖像科普活動，(g–l) Cd創新延展、Sb、S和Se的元素分布圖長期間，以及(m, n) Sb2S3@CdSexS1-x光電極的EDS光譜基本情況。

在HAADF圖像（圖2(e, f)）中，可以更清楚地看到CdSexS1-x納米顆粒直徑約為12納米高端化，并均勻地包覆在Sb2S3表面力量。通過EDS光譜可以分析Sb2S3@CdSexS1-x光電極中元素組成的比例和分布。Sb2S3@CdSexS1-x光電極的高分辨TEM元素分布圖（圖2(g–l)）和EDS光譜（圖2(m, n)）證明了納米棒結(jié)構(gòu)中存在Sb提單產、S深入實施、Cd和Se元素。通過比較高分辨TEM元素分布圖，觀察到Cd元素的分布比Sb元素更廣泛研究進展。至此無障礙，作者成功制備了Sb2S3@CdSexS1-x光電極。

圖2 (a) S 2p快速融入，(b) Sb 3d認為，(c) Se 3d和(d) Cd 3d的高分辨率XPS光譜，分別對應(yīng)于Sb2S3增強、CdSexS1-x和Sb2S3@CdSexS1-x光電極重要意義。

在圖2(a)中，Sb2S3在結(jié)合能位置161.60 eV和162.78 eV處有兩個明顯的特征峰更加廣闊，分別被認(rèn)為是S 2p3/2和S 2p1/2軌道規劃。這兩個軌道在CdSexS1-x光電極中也保持了相同的分裂能量。這些峰被分配給Sb2S3和CdSexS1-x中的S2–可以使用。在圖2(b)中進入當下，Sb2S3在結(jié)合能位置530.13 eV和539.49 eV處有兩個明顯的特征峰，分別被認(rèn)為是Sb 3d5/2和Sb 3d3/2軌道效高化。這些測試結(jié)果表明新體系，Sb在Sb2S3中以Sb3+的形式存在。Sb2S3的Sb-S 3d3/2出現(xiàn)在結(jié)合能538.8 eV處創造。在圖2(c)中尤為突出，CdSexS1-x有兩個明顯的特征峰，分別位于54.34 eV和55.23 eV環境，可以被認(rèn)為是Se 3d5/2和Se 3d3/2軌道空間載體。這些峰被分配給CdSexS1-x中的Se2–。在圖2(d)中相對簡便，CdSexS1-x有兩個明顯的特征峰重要組成部分，分別位于405.48 eV和412.23 eV，可以被認(rèn)為是Cd 3d5/2和Cd 3d3/2軌道合作。這些測試結(jié)果表明勃勃生機，Cd在CdSexS1-x中以Cd2+的形式存在。結(jié)合與純Sb2S3和CdSexS1-x相比的測試結(jié)果分析一站式服務，Sb2S3@CdSexS1-x光電極的S 2p3/2峰位于160.70 eV廣度和深度，S 2p1/2峰位于161.92 eV建設應用。Sb2S3@CdSexS1-x中S 2p3/2和S 2p1/2軌道的分裂能量保持在1.2 eV不變關註，表明S2–離子的價態(tài)在復(fù)合后沒有改變。Sb2S3@CdSexS1-x中Se 3d5/2和Se 3d3/2軌道的分裂能量保持在0.9 eV不變科普活動，表明Se離子仍然以Se2–的形式存在用的舒心。Sb2S3@CdSexS1-x中Cd 3d5/2和Cd 3d3/2軌道的分裂能量保持在6.7 eV不變技術發展，表明Cd2+離子的價態(tài)在復(fù)合后沒有改變。由于Sb軌道的結(jié)合能增加以及Cd軌道和Se軌道的結(jié)合能降低，證明了Sb2S3中的電子流向CdSexS1-x重要手段，表明Sb2S3的費(fèi)米能級高于CdSexS1-x互動講，這是S型異質(zhì)結(jié)形成的一個標(biāo)志。

圖3. (a) Sb2S3和Sb2S3@CdSexS1-x的LSV曲線像一棵樹，(b) LIT曲線過程中，(c) Nyquist圖，(d) Bode相位曲線能運用，(e) IPCE和APCE達到，以及(f) ABPE光譜。

Sb2S3@CdSexS1-x光電陽極的光電化學(xué)性能進(jìn)行了測試不可缺少，結(jié)果如圖3所示蓬勃發展。如圖3(a)所示，在線性掃描伏安法（LSV）測試后發(fā)現(xiàn)積極回應，Sb2S3的光電流響應(yīng)較低重要性，為0.61 mA cm–2，且其暗電流隨著施加偏壓的增加而增加有所提升。暗電流是指在黑暗環(huán)境下光電極材料產(chǎn)生的電流聽得進。暗電流會影響光電流響應(yīng)的靈敏度和穩(wěn)定性，并降低光子能量的利用率重要的作用。通過化學(xué)浴方法在Sb2S3表面復(fù)合一層CdS后更多可能性，形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)有效地減緩了暗電流的產(chǎn)生去創新。通過原位硒化構(gòu)建的S型Sb2S3@CdSexS1-x展現(xiàn)出優(yōu)異的光電流響應(yīng)（在1.23 VRHE時為1.61 mA cm–2）足夠的實力。暗電流得到了有效降低，Sb2S3@CdSexS1-x的光電響應(yīng)性能得到了提升結構。600秒的光學(xué)穩(wěn)定性測試（圖3(b)）表明更適合，Sb2S3@CdSexS1-x光電*具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和光電響應(yīng)性能。在600秒內(nèi)溝通協調，光生電流保持了初始電流的90.5%要素配置改革。

圖3中使用電化學(xué)工作站所需的光源是卓立漢光公司的氙燈光源。高壓短弧球形氙燈是發(fā)光點(diǎn)很小的點(diǎn)光源保障性，點(diǎn)燃時輻射出強(qiáng)而穩(wěn)定的帶動產業發展、從紫外到近紅外強(qiáng)烈連續(xù)光譜，可見區(qū)光色極近似于日光十分落實，發(fā)光頻率高倍增效應，是紅外線探測、紫外分光光度計製造業、色譜儀紫外檢測器優化服務策略、熒光光度計等各種物理、生化、醫(yī)藥兩個角度入手、環(huán)保等測量儀器的理想光源建強保護，同時可用于照明和模擬日光。

結(jié)論

在這項研究中生產效率，作者提出了一種新穎的兩步氣相傳輸沉積方法使命責任，用于制備具有納米棒結(jié)構(gòu)的Sb2S3納米棒薄膜光電極，這種結(jié)構(gòu)非常有利于光生載流子的傳輸使用娀庾R；谛纬傻募{米棒結(jié)構(gòu)，通過管式爐中原位硒化基本情況，制備了S型異質(zhì)結(jié)Sb2S3@CdSexS1-x核殼準(zhǔn)一維異質(zhì)結(jié)光電陽極現場。CdSexS1-x納米顆粒均勻包覆在Sb2S3納米棒上。在1.23 VRHE下集成應用，Sb2S3@CdSexS1-x光電陽極的光電流密度達(dá)到1.61 mA cm–2探討。與Sb2S3光電陽極（0.61 mA cm–2）相比，Sb2S3@CdSexS1-x光電陽極實(shí)現(xiàn)了2.64倍的提升高效流通，并且有效降低了暗電流調解製度。在600秒內(nèi)，光生電流保持了初始電流的90.5%功能。S型異質(zhì)結(jié)有效解決了由于Sb2S3深能級缺陷導(dǎo)致的光生載流子嚴(yán)重復(fù)合的問題應用的因素之一，實(shí)現(xiàn)了光生載流子的空間分離。[hk1]取向的Sb2S3納米棒和形成的準(zhǔn)一維異質(zhì)結(jié)構(gòu)促進(jìn)了載流子的高效傳輸預期。硒的引入有效調(diào)節(jié)了CdS的能帶結(jié)構(gòu)敢於監督，減緩了S的光腐蝕，顯著提高了光電極的穩(wěn)定性結構。

西北大學(xué)苗慧老師簡介

苗慧重要的作用，西北大學(xué)物理學(xué)院副教授、碩士生導(dǎo)師規模最大。西安市青年人才托舉計劃入選者穩中求進，西北大學(xué)青年學(xué)術(shù)英才。近年來主要從事金屬硫化物最深厚的底氣、硒化物協同控製、硫硒化物等納米材料用于光電化學(xué)領(lǐng)域的研究。先后主持和參與國家自然科學(xué)基金品質，省自然科學(xué)基金利用好，國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項目等10余項。在Journal of Materials Science & Technology最為顯著、Chemical Engineering Journal尤為突出、Journal of Colloid and Interface Science規定、ACS Applied Materials & Interfaces、Separation and Purification Technology空間載體、Langmuir等期刊發(fā)表SCI論文50余篇高質量，授權(quán)國家發(fā)明專*10余件。

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本研究采用的是北京卓立漢光儀器有限公司GLORIA-X150A重要組成部分，150W氙燈光源流程，如需了解該產(chǎn)品，歡迎咨詢特點。

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