用于太阳能制氢的碳基光电阴极材料
应用物理
2019-03-22 v1
摘要
氢被视为有望替代传统化石燃料的环境友好型能源载体。在此背景下,光电化学(PEC)电池通过水光电分解将太阳能直接转化为H2燃料,从而将光捕获与电解功能单片集成。在此类器件中,光电阴极与光阳极分别进行析氢反应(HER)与析氧反应(OER)。本文聚焦于传统上基于金属氧化物、III-V族与II-VI族半导体、Si及铜基硫族化物作为光活性材料的HER光电阴极。近来,碳基材料已成为上述材料的可靠替代。在此,我们提供关于碳基光电阴极的展望,批判性分析近期研究进展并概述高效稳定光电阴极架构开发的主要指导原则。特别地,我们讨论了电荷选择性层与保护层的功用,其提升了光电阴极的效率与耐久性。我们对通过可扩展、高通量、低成本方法制备最先进光电阴极进行了深入评估。还探讨了近期发展的光捕获纳米结构架构的最关键问题。最后,我们从光电阴极的潜在性能与可制造性角度分析了未来研究方向的关键挑战。
引用
@article{arxiv.1903.08959,
title = {Carbon-based Photocathode Materials for Solar Hydrogen Production},
author = {Sebastiano Bellani and Maria Rosa Antognazza and Francesco Bonaccorso},
journal= {arXiv preprint arXiv:1903.08959},
year = {2019}
}