太阳能驱动的光电化学（PEC）分化水是应对未来动力存储和转化的一个重要途径。但是，柔弱缺少高效的光阳极资料，太阳能氢能转化（STH）功率遭到极大约束。近年来，光催化剂（InGaN纳米柱）和半导体（Si）的共同集成在PEC分化水中已展现出重要的使用远景。InGaN纳米柱的最大理论STH功率高达~27％，超越大多数金属氧化物。其次，InGaN带隙可调，能轻松完成全光谱吸收，且其对应的价带顶方位也超越H2O的氧化电位。一起InGaN纳米柱具有较高的载流子迁移率和优异的化学稳定性等长处，使其成为使用于PEC分化水中最具竞争力的光阳极资料之一。此外，Si具有适宜的带隙（~1.12 eV）、低成本、地产丰厚和大尺度的明显优势，一向被用作各种电子和光电器材产业化的衬底资料。因而，外延生长在Si衬底上的InGaN纳米柱为大规模、高效的氢动力制备供给了牢靠途径。但是，InGaN纳米柱和Si衬底之间的界面问题以及InGaN体相与外表的光生电子-空穴对的快速复合，使得InGaN/Si的载流子输运功能大幅度的下降，然后导致其优异的光电功能无法表现。现在大多数研讨首要会集在纳米柱外表异质结构的构建、外表处理以及助催化剂的润饰来促进InGaN纳米柱的电荷别离，然后进步PEC功能。但是，由InGaN和Si之间的界面缺点和化学不相容性导致的载流子输运严峻受阻，这一根本问题没有正真取得处理。
InGaN/MXene/Si异质结光阳极载流子输运机制示意图
华南理工大学资料学院李国强课题组针对这一问题使用高导电MXene（ 117.06mΩ）片层资料作为InGaN纳米柱和Si衬底之间界面层，构建InGaN-MXene-Si三明治结构并对其PEC分化水特性与载流子输运机制进行了深化的研讨。结果表明，与纯InGaN/Si系统比较，InGaN/MXene光阳极具有超低开始电位(75 mV vs.RHE)，一起其在1.23 V vs.RHE 电压下光电流密度进步约10倍。该研讨团队经过试验及理论核算，提醒了MXene不只与InGaN形成了type-II型能带摆放，一起与 Si形成了有利的欧姆触摸结，然后使MXene成为抱负的电子传输通道，增强了电荷别离和搬运进程。MXene的这种协同效果明显下降半导体/Si和半导体/电解质的界面阻抗，终究完成了快速空穴注入功率和优异的抗光腐蚀稳定性。
研讨者信任，经过进一步对纳米柱外表结构进行买卖及改性，InGaN/MXene/Si电极能完成更高效的电荷别离与搬运。这个系统研讨对提高器材功能及稳定性含义严重。这项作业不只为经过集成多维度和多功能资料买卖高效光电极供给了重要的指导含义，而且为经过引进界面改性剂完成高功能人工光合效果提出了一种新的战略。相关论文在线宣布在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201910479）上。
