可见光活性CZTS敏化的CdS/TiO2串联光阳极用于高效光电化学制氢

摘要： 在氟掺杂氧化锡（FTO）基底上制备了一种由硫化铜锌锡（CZTS）纳米颗粒层覆盖CdS/TiO?异质结构薄膜组成的串联式光阳极，用于光电化学制氢。通过化学浴沉积法在旋涂的TiO?薄膜上沉积CdS薄膜，随后采用喷涂技术沉积CZTS纳米颗粒层，最终形成CZTS/CdS/TiO?/FTO光阳极。该CZTS纳米颗粒层在CdS/TiO?薄膜上的包覆形成了具有不同能级位置的串联结构，不仅增强了可见光区域的光吸收，还促进了光生载流子的高效分离。与TiO?/FTO光阳极相比，CZTS/CdS/TiO?/FTO光阳极的光电化学活性显著提升（达39倍），这归因于3.2 eV至1.7 eV的级联带隙以及界面处异质结的形成。电化学阻抗谱（EIS）测试证实了CZTS/CdS/TiO?/FTO光阳极电荷传输性能的提升，其电荷转移电阻最低（Rct=302 Ω/cm2），显著优于CdS/TiO?（Rct=615 Ω/cm2）和TiO?（Rct=1700 Ω/cm2）光阳极。研究还提出了该串联式CZTS/CdS/TiO?/FTO光阳极光电化学性能增强的作用机制。