近日，物理與光電工程學院李紅星教授課題組在《美國化學學會能源快報》（ACS Energy Letters, 中科院一區TOP, IF=19.3）上發表題為“通過SnO₂覆蓋層改善Cu₂ZnSnS₄基光陰極性能以促進太陽光分解水”（Improving Cu₂ZnSnS₄-Based Photocathodes for Solar Water Splitting via SnO₂Overlayers）的論文。學院2023級博士研究生郭鵬為該論文的第一作者，我校李紅星教授和南開大學羅景山教授為論文共同通訊作者，我校為論文的第一單位。

借助太陽能驅動水分解可將間歇性的太陽光輻照轉化為氫氣，是人類未來獲取綠色氫能的一種非常有前景的策略。Kesterite 型Cu₂ZnSnS₄(CZTS)半導體因其理論光電轉換效率高（32.2%）、無毒性和元素豐富等特征被認為是一種極具應用前景的光吸收層材料。當CZTS半導體用作PEC水分解中的光電陰極時，基于CZTS的電極通常具有多層結構，包括光吸收層、緩沖層、保護層和助催化劑層等。其中每一層都是重要的功能材料，對提升光生電荷分離效率，抑制光腐蝕，提高器件壽命和光電轉換效率等至關重要。

該論文通過簡單的旋涂工藝構筑出一種高效、穩定的Pt/SnO₂/CdS/CZTS光電極，并探索了晶態SnO₂對提升CZTS電極活性和穩定性的深層機理。研究發現，SnO₂作為電子受體能極大地優化光生電荷分離路徑；同時，SnO₂作為保護層避免了電解質對電極內層材料的侵蝕。優化后Pt/SnO₂/CdS/CZTS光電極能獲得22.01 mA/cm²的穩定光電流密度，半電池效率高達4.86%。此外，與BiVO₄光陽極組合的串聯器件（Pt/SnO₂/CdS/CZTS‖BiVO₄）表現出2.61%的持續無偏壓光解水效率，這一工作為設計高活性和長耐久性的光電轉換系統提供了一種低成本的策略。

李紅星教授主要從事納米半導體太陽能轉化制氫和鈣鈦礦太陽能電池等方面的研究，先后主持了國家自然科學基金面上、青年等項目，近年來在ACS Energy Lett., Adv. Funct. Mater., APL, JPCL等國際知名期刊發表論文50余篇，被引用2000余次。郭鵬碩博期間師從李紅星教授，本科就讀于我校光電信息科學與工程專業，研究生階段已在ACS Energy Letters上面發表兩篇研究論文。

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.4c02686