全固态S型TiO₂/Cu/MoSi₂N₄异质结

可见光下光电流提升2.91倍

通过固态S型构型和Cu介质协同，克服传统异质结载流子分离与可见光吸收难以兼得的矛盾

Qixing, Wang · 程正旺 · Zhihui, Yang · 吕辉 · Peng, Zhuo · 韩长存 · 邹维 · Nemangwele, Fhulufhelo · 刘继延 · 马新国

Small Methods 2025

具体参数

光电流增强倍数（相比TiO₂）

{'zh': '2.91', 'en': '2.91'}

表面光电压增强倍数

{'zh': '7.77', 'en': '7.77'}

产氢速率

{'zh': '1.76', 'en': '1.76'} µmol cm⁻² h⁻¹

技术优势

可见光吸收大幅拓宽

MoSi2N4的窄带隙（1.79 eV）与TiO2形成互补，使复合异质结的光吸收边从紫外拓展至约693 nm的可见光区。

载流子分离效率显著提升

S型内建电场驱动光生电子和空穴向TiO2和MoSi2N4定向迁移，Cu介质层进一步加速电荷传输，使表面光电压增强7.77倍。

可见光下产氢性能高且稳定

在>420 nm可见光照射下，产氢速率达到1.76 µmol cm⁻² h⁻¹，并表现出优异的稳定性。

应用场景

• 可见光催化水分解制氢：利用可见光直接分解水，替代紫外光驱动的催化剂，降低能耗。
• 人工光合作用光电极：作为光阳极集成于人工光合系统，驱动水氧化或CO₂还原半反应。
• 光电催化析氢：直接作为光阴极产生氢气泡，可替代贵金属助催化剂。
• 光电催化CO₂还原：提供高能光生电子用于CO₂活化，可将CO₂还原为燃料或化学品。