近日，物理与光电工程学院李红星教授课题组在《美国化学学会能源快报》（ACS Energy Letters, 中科院一区TOP, IF=19.3）上发表题为“通过SnO₂覆盖层改善Cu₂ZnSnS₄基光阴极性能以促进太阳光分解水”（Improving Cu₂ZnSnS₄-Based Photocathodes for Solar Water Splitting via SnO₂Overlayers）的论文。学院2023级博士研究生郭鹏为该论文的第一作者，我校李红星教授和南开大学罗景山教授为论文共同通讯作者，我校为论文的第一单位。

借助太阳能驱动水分解可将间歇性的太阳光辐照转化为氢气，是人类未来获取绿色氢能的一种非常有前景的策略。Kesterite 型Cu₂ZnSnS₄(CZTS)半导体因其理论光电转换效率高（32.2%）、无毒性和元素丰富等特征被认为是一种极具应用前景的光吸收层材料。当CZTS半导体用作PEC水分解中的光电阴极时，基于CZTS的电极通常具有多层结构，包括光吸收层、缓冲层、保护层和助催化剂层等。其中每一层都是重要的功能材料，对提升光生电荷分离效率，抑制光腐蚀，提高器件寿命和光电转换效率等至关重要。

该论文通过简单的旋涂工艺构筑出一种高效、稳定的Pt/SnO₂/CdS/CZTS光电极，并探索了晶态SnO₂对提升CZTS电极活性和稳定性的深层机理。研究发现，SnO₂作为电子受体能极大地优化光生电荷分离路径；同时，SnO₂作为保护层避免了电解质对电极内层材料的侵蚀。优化后Pt/SnO₂/CdS/CZTS光电极能获得22.01 mA/cm²的稳定光电流密度，半电池效率高达4.86%。此外，与BiVO₄光阳极组合的串联器件（Pt/SnO₂/CdS/CZTS‖BiVO₄）表现出2.61%的持续无偏压光解水效率，这一工作为设计高活性和长耐久性的光电转换系统提供了一种低成本的策略。

李红星教授主要从事纳米半导体太阳能转化制氢和钙钛矿太阳能电池等方面的研究，先后主持了国家自然科学基金面上、青年等项目，近年来在ACS Energy Lett., Adv. Funct. Mater., APL, JPCL等国际知名期刊发表论文50余篇，被引用2000余次。郭鹏硕博期间师从李红星教授，本科就读于我校光电信息科学与工程专业，研究生阶段已在ACS Energy Letters上面发表两篇研究论文。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.4c02686