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富含边缘/缺陷、金属态且氧杂原子掺杂的WS2超结构,具有卓越的电催化性能,适用于绿色太阳能转换

DOI:10.1002/cssc.201803000 期刊:ChemSusChem 出版年份:2019 更新时间:2025-09-23 15:23:52
摘要: 二维硫化钨在电催化领域应用广泛。然而,二硫化钨(WS?)的催化活性位点仅位于层边缘,其表面呈催化惰性。因此,增加边缘活性位点的暴露并有效激活表面惰性位点是重要挑战。本研究合成了富边缘/缺陷且掺杂氧杂原子的WS?超结构(ED-O-WS?)。基于该材料对电极的染料敏化太阳能电池(DSCs)功率转换效率(PCE)达到10.36%(1太阳光强,AM 1.5,100 mW cm?2)和11.19%(40 mW cm?2)。据我们所知,这些数值是目前基于无铂对电极且在I??/I?电解液中报道的最高DSCs效率。微观纳米结构与电催化机制分析表明,ED-O-WS?在电解液中呈现金属特性,其丰富的边缘/缺陷及氧掺杂对提升WS?催化活性起关键作用。此外,ED-O-WS?对I??/I?电解液展现出优于贵金属铂的催化可逆性。
作者: Jie Yin,Jiazhen Wei,Junxue Guo,Shaozhen Shi,Ning Chai,Kaixuan Zhang,Wenli Xu,Cang Yuan,Ting Liu,Weili Lin,Qi Zhang,Huawei Zhou,Yingtian Zhang,Baoli Chen,Xipeng Pu,Wenzhi Li,Xianxi Zhang
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合成一种富含边缘/缺陷且掺杂氧杂原子的WS2超结构,通过增加活性位点和提高导电性来提升其电催化性能,从而实现绿色太阳能转换(特别是在染料敏化太阳能电池中)。

ED-O-WS2超结构展现出优异的电催化性能,在染料敏化太阳能电池中具有高功率转换效率,这归因于其金属特性、丰富的边缘/缺陷以及氧掺杂。它在催化可逆性方面优于铂,并表现出良好的稳定性,因此在绿色太阳能应用中极具前景,特别是在低光照强度条件下。

该合成过程对反应物浓度敏感,需精确控制。研究聚焦于I3-/I-电解液体系,未探究其他电解液或条件下的性能表现。对于超过560小时的长期稳定性及工业化应用的规模化问题尚未充分解决。

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