研究背景
基于半导体胶体量子点的太阳能光电化学制氢电池（QDs-PEC）具有成本低和效率高等优点，被认为是一种极具应用前景的可再生能源转换系统。然而，当前已报道的高性能QDs-PEC器件仍然主要基于II–VI和IV–VI族有毒重金属（Pb、Cd）量子点材料制备，不可避免地会给自然环境和人类健康带来风险，并进一步限制其未来商业化发展。近年来，环保型I-III-VI族CuGaS2(CGS) 半导体量子点由于其优异的光学特性和发光器件应用而受到了广泛关注，但是，这类量子点通常具有丰富的表面缺陷/陷阱态，将作为光生载流子非辐射复合中心，严重阻碍量子点光生载流子的有效利用，从而大幅降低相关量子点器件的性能，特别是QDs-PEC系统的太阳能转换效率。
成果简介
为了解决上述问题，电子科技大学的童鑫研究员与王志明教授等人通过在I-III-VI族CGS半导体胶体量子点上生长不同厚度的ZnSe壳层材料，成功制备出了一种新型的环保型CGS/ZnSe核壳结构量子点，同时实现了有效的表面缺陷态钝化和光生电子抽取，并成功应用于高效率的QDs-PEC太阳能制氢。团队所制备的CGS/ZnSe核壳量子点展现出了高效的光生电荷分离和转移效率，且可以通过控制ZnSe壳层厚度对量子点光电性能进行有效调制。研究发现，在CGS核量子点上生长厚度合适的ZnSe壳层，可以有效提高量子点在可见光范围的光吸收，抑制光生载流子非辐射复合，延长光生激子寿命。基于壳层优化后的量子点所制备出的QDs-PEC系统在一个标准太阳光照射条件下（AM 1.5 G, 100 mW/cm2）可以实现~3.5 mA/cm2的饱和光电流密度和良好的工作稳定性，证明了这种新型环保型核壳量子点在未来低成本、高效率、绿色环保太阳能转换技术领域的巨大应用潜力。
论文信息：Yimin You, Xin Tong*, Ali Imran Channa, Xin Li, Cheng Liu, Hang Ye, Zhiming Wang*. Tailoring the optoelectronic properties of eco-friendly CuGaS2/ZnSe core/shell quantum dots for boosted photoelectrochemical solar hydrogen production. EcoMat, 2022, e12206.
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eom2.12206
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本篇文章来源于微信公众号: 能源学人
