基于石墨烯的空穴选择性层用于高效、溶液加工、大面积、柔性析氢有机光电阴极
应用物理
2018-05-04 v1 材料科学
摘要
区域规整聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(rr-P3HT)作为有机光伏的主力材料，近期在给体-受体体异质结(BHJ)构型中与苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)结合用于溶液加工析氢光电阴极，在0 V vs. RHE下达到了高达8 mA cm-2的阴极光电流(J0V vs RHE)。这些光电阴极的光电化学性能强烈依赖于电子(ESL)和空穴(HSL)选择性层的存在。虽然TiO2及其亚化学计量相是成熟的ESL材料，当前使用的HSL(如MoO3、CuI、PEDOT:PSS、WO3)在析氢反应(HER)工作条件下会发生电化学降解。本工作中，我们使用溶液加工的石墨烯衍生物作为HSL以提升rr-P3HT:PCBM基光电阴极的效率和耐久性，展示了创纪录的高性能。事实上，我们的器件显示出6.01 mA cm-2的阴极J0V vs RHE、0.6 V vs. RHE的起始电位(Vo)、1.11%的比例节电效率({\phi}saved)以及在0.5 M H2SO4溶液中20小时的运行活性。此外，所设计的光电阴极在从酸性到碱性的不同pH环境中均有效工作。这对其在串联构型中的应用至关重要，因为光阳极仅在受限电化学条件下工作。进一步，我们通过在不锈钢柔性基底上制备大面积(~9 cm2)光电阴极，展示了全溶液加工方法的可扩展性，获得了2.8 mA cm-2的显著阴极J0V vs RHE、0.45 V vs. RHE的Vo和0.31%的{\phi}saved。这是基于低成本溶液加工制造技术的高效rr-P3HT:PCBM柔性光电阴极的首次展示。
引用
@article{arxiv.1805.01346,
title = {Graphene-Based Hole Selective Layers for High-Efficiency, Solution-Processed, Large-Area, Flexible, Hydrogen-Evolving Organic Photocathodes},
author = {Sebastiano Bellani and Leyla Najafi and Beatriz Martín-García and Alebrto Ansaldo and Antonio Esau Del Rio Castillo and Mirko Prato and Iwan Moreels and Francesco Bonaccorso},
journal= {arXiv preprint arXiv:1805.01346},
year = {2018}
}