氫作為一種理想的化石燃料替代品，目前被認為是清潔、可再生的未來能源。光電化學（PEC）產(chǎn)氫可以將太陽能轉(zhuǎn)化為氫能，是一種可靠、環(huán)境友好的制氫方式。然而，光電極的不穩(wěn)定性、低能量轉(zhuǎn)換效率阻礙了PEC產(chǎn)氫的實際應用。如何提高光電極的穩(wěn)定性，是目前該研究領域面臨的關鍵問題之一。

最近，中國科學技術大學俞書宏院士團隊設計了一種基于RGO/PdS納米顆粒（NPs）的空穴提取層（HEL），并用于抑制CdSeTe（CST）光陽極的光腐蝕。這種新型CST/RGO/PdS光陽極展現(xiàn)了出色的耐光腐蝕性能，可在0.5 VRHE下穩(wěn)定產(chǎn)氫2 h以上。該工作發(fā)表在Science China Materials。

還原氧化石墨烯納米片（RGO）獨特的電子特性、大比表面積和出色的光學透過率使其可以作為一種優(yōu)秀的空穴傳輸層來改善電荷載流子的傳輸動力學。結(jié)合RGO的空穴傳輸能力和氧化助催化劑的加速空穴消耗能力，基于RGO/氧化助催化劑的HEL有望同時提高光陽極的穩(wěn)定性和能量轉(zhuǎn)化效率。

基于空穴提取層的光陽極示意圖

研究人員對不同光陽極的抗光腐蝕能力進行了系統(tǒng)研究。CST光陽極受到強烈的光腐蝕影響，其在2 h的測試中光電流的衰減高達50%。雖然CST/RGO和CST/PdS光陽極的光腐蝕現(xiàn)象得到了緩解，但是依然遠遜于CST/RGO/PdS的表現(xiàn)（2 h內(nèi)光電流僅衰減7%）。顯然，與其他樣品相比，基于RGO/PdS NPs的HEL通過快速轉(zhuǎn)移和快速消耗光生空穴顯著的延緩了光腐蝕的發(fā)生。瞬態(tài)吸收光譜研究表明，CST/RGO/PdS樣品中的光生電子的壽命比其他樣品長得多，進一步證實了基于RGO/PdS NPs的HEL能夠有效抑制光腐蝕并改善光陽極的能量轉(zhuǎn)換效率。

HEL用于抗光腐蝕的研究為增強光電陽極的穩(wěn)定性提供了一條新的研究思路，而穩(wěn)定的PEC產(chǎn)氫系統(tǒng)將進一步推動可持續(xù)人工光合作用的發(fā)展。

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Anti-photocorrosive photoanode with RGO/PdS as hole extraction layer. SCIENCE CHINA Materials; doi: 10.1007/s40843-020-1307-x