新型有機(jī)半導(dǎo)體光電極實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的水分解

來源：《半導(dǎo)體芯科技》雜志

由韓國蔚山科技大學(xué)（UNIST）能源與化學(xué)工程學(xué)院Ji-Hyun Jang教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在光電極開發(fā)方面取得了重大突破。通過與東西大學(xué)（Dongseo University）的Junghoon Lee教授和德國LSTME釜山工程研究與開發(fā)中心的Hyo-Jin Ahn博士的合作研究，該團(tuán)隊(duì)通過將有機(jī)半導(dǎo)體作為中間層納入現(xiàn)有的無機(jī)半導(dǎo)體光電極材料中，成功地創(chuàng)造了高性能且穩(wěn)定的光電極。

利用太陽能生產(chǎn)綠色氫，需要通過吸收陽光的半導(dǎo)體中產(chǎn)生的電荷將水分解成其組成元素。以前的研究主要集中在利用無機(jī)半導(dǎo)體來構(gòu)建光電極。雖然有機(jī)半導(dǎo)體具有成本較低、工藝方法多樣、更容易大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，并且它們的高太陽能轉(zhuǎn)換效率可提高氫氣生產(chǎn)效率，然而，有機(jī)半導(dǎo)體對(duì)水損害的敏感性限制了它們?cè)诠怆姌O中的應(yīng)用。

為了克服這一挑戰(zhàn)，研究小組在傳統(tǒng)的氧化鐵光電極的表面應(yīng)用了有機(jī)半導(dǎo)體涂層，以確保暴露在水中時(shí)的穩(wěn)定性。此外，他們還在涂覆的有機(jī)半導(dǎo)體上添加了催化劑（鎳/鐵雙層氫氧化物）作為額外的保護(hù)層，以防止與水直接接觸。這種創(chuàng)新方法允許吸收太陽能產(chǎn)生的電荷促進(jìn)高效的制氫反應(yīng)。

Jang教授表達(dá)了團(tuán)隊(duì)對(duì)研究成果的興奮，他說：“通過克服傳統(tǒng)無機(jī)半導(dǎo)體光電極的局限性，我們展示了通過光電極更廣泛地利用有機(jī)半導(dǎo)體生產(chǎn)氫氣的潛力?！?/p>

這一突破不僅為提高效率和穩(wěn)定性開辟了新的可能性，而且有助于推進(jìn)可持續(xù)能源解決方案，實(shí)現(xiàn)碳中和的未來。

該研究結(jié)果已于2023年3月12日發(fā)表在《ACS Energy Letters》在線版上。隨后于2023年6月9日在該雜志上發(fā)表（Hyo-Jin Ahn, Ki-Yong Yoon, Mingi Sung,et al.,“Utilizing a Siloxane-Modified Organic Semiconductor for Photoelectrochemical Water Splitting,”ACS Energy Lett.,(2023)）。韓國國家研究基金會(huì)(NRF)和科學(xué)與信息通信技術(shù)部(MSIT)對(duì)此項(xiàng)研究提供了資金支持。

審核編輯 黃宇