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使用铜和双功能NiFe电催化剂稳定的标准硅太阳能电池实现无辅助水分解
摘要： 采用水解电催化剂功能化的硅光伏电池是无辅助水分解的有前景候选方案。这类器件中，硅太阳能电池整个表面均覆盖电催化剂，由此引发两方面问题：一是硅太阳能电池在水中的稳定性，二是电催化剂的寄生光吸收导致器件效率下降。我们阐述并验证了一种水分解器件概念——使用前表面覆盖绝缘Si3N5减反射涂层的晶体硅太阳能电池。通过烧结穿透减反射涂层的银电极被移除后，代之以镍铁层状双氢氧化物（LDH）或铜/镍铁-LDH电催化剂。该器件中仅约占总面积2%的银电极接触位点覆盖电催化剂。研究发现，这一小面积催化剂不会限制器件性能，且在硅与镍铁-LDH之间添加铜中间层可提升器件性能与稳定性。采用三个串联连接的硅太阳能电池与镍铁-LDH/铜/镍泡沫对电极，在高碱性电解液中构成的器件，测得未分离产生气体的无辅助水分解效率达11.31%。
关键词： 镍铁层状双氢氧化物、光电化学电池、无辅助水分解、晶体硅太阳能电池、硅光阴极
更新于2025-09-23 15:19:57
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一种高效耐用的水分解系统：铂亚纳米团簇功能化镍铁层状双氢氧化物作为阴极，分级镍铁硒化物作为阳极
摘要： 开发高效且成本效益显著的析氢反应（HER）和析氧反应（OER）催化剂仍是实现高效水电解槽应用的重大挑战。本研究设计了一种在碱性溶液中运行的高效耐用水分解系统：以碳纤维布负载的超低铂含量（1.56 wt%）亚纳米铂团簇功能化镍铁层状双氢氧化物纳米片（Pt-NiFe LDH/CC）作为阴极，以碳纤维布负载的富边缘（Ni0.77Fe0.23）Se2纳米片（(Ni0.77Fe0.23)Se2/CC）作为阳极。对于HER，三维Pt-NiFe LDH/CC电极在仅28 mV的超低过电位下即可驱动10 mA cm-2的电流密度；对于OER，富边缘结构的(Ni0.77Fe0.23)Se2/CC电极仅需228 mV的小过电位就能达到10 mA cm?2的电流密度，其塔菲尔斜率低至69 mV dec?1。更重要的是，组装的Pt-NiFe LDH/CC || (Ni0.77Fe0.23)Se2/CC水分解电解槽在1.57 V的低槽压下即可实现30 mA cm?2的高电流密度，优于商用20 wt% Pt/C与RuO2电极组装的电解槽（1.62 V实现30 mA cm?2）。此外，该电解槽在高达50 mA cm?2的电流密度下仍能稳定运行超过40小时，展现出全水分解实际应用的巨大潜力。
关键词： 析氢反应、铂亚纳米团簇、析氧反应、镍铁层状双氢氧化物、多孔镍铁硒化物
更新于2025-09-23 18:11:27
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一种三维ZnO/CdS/NiFe层状双氢氧化物光阳极与Cu?O光阴极耦合的串联电池用于全太阳能水分解
摘要： 本研究设计了一种用于无辅助全太阳能水分解的集成串联光电化学（PEC）电池，该电池由三维（3D）ZnO/CdS/NiFe层状双氢氧化物（LDH）核/壳/分级纳米线阵列（NWAs）光阳极和p-Cu2O光阴极组成。研究了基于ZnO的光阳极和Cu2O光阴极的光学和光电化学特性。结果表明，ZnO/CdS/NiFe LDH纳米结构表现出显著增强的性能，在0.9 V电压下光电流密度达到5.8 mA cm?2，起始电位低至0.1 V（相对于RHE）。这种增强可归因于CdS纳米粒子（NPs）的存在，其提升了可见光区域的光吸收并增强了电荷分离。此外，具有独特分级介孔结构的NiFe LDH纳米片的引入，通过提供更多作为助催化剂的活性位点促进了电化学反应。在此基础上，建立了ZnO/CdS/NiFe LDH–Cu2O双电极串联电池系统。在零偏压下，该器件显示出0.4 mA cm?2的光电流密度，相应的太阳能制氢（STH）转换效率达到0.50%。我们的结果表明，由基于地球丰富且低成本材料的金属-氧化物-半导体光电极组成的串联PEC电池，在全太阳能水分解方面具有广阔的应用潜力。
关键词： 氧化锌、光电化学串联电池、硫化镉、太阳能制氢、自驱动水分解、镍铁层状双氢氧化物
更新于2025-09-12 10:27:22