光电化学(PEC)水分解是一种吸引人的“绿色”制氢方法。天然p型半导体Cu2O是最有前途的直接制氢光电阴极候选材料之一。然而，Cu₂O基光电阴极仍然存在严重的自光腐蚀和快速表面电子-空穴复合问题。近日，华东师范大学张中海教授提出并制备了一种氢取代石墨炔（HsGDY）包裹的Cu₂O纳米线（HsGDY@Cu₂O NWs）光电阴极。

本文要点：

1）研究人员以1，3，5-三乙基苯（TEB）为前驱体，在Cu₂O NWs表面通过铜(I)离子介导的Gaser偶联反应原位生成HsGDY。

2）HsGDY@Cu2ONWS光电阴极在0 V（vs. RHE）电压下显示出高的光电流密度（−12.88 mA cm⁻²），接近AM 1.G太阳光照射下Cu₂O光电阴极的理论光电流密度，并且获得了2%的高光电转换效率。此外，HsGDY@Cu2O NWS光电阴极具有良好的稳定性，在PEC工作24 h后，光电流密度损失仅为7.5%。

3）高效的PEC性能和高稳定性使HsGDY@Cu₂O NWs光电阴极的产氢速率达到218.2±11.3 μmol h⁻¹ cm⁻²。此外，HsGDY@Cu₂O NWs光电阴极已经集成到聚光太阳光系统中，在10天的光照下获得了−50.7 mA cm⁻²的高光电流密度和861.1±2 4.8 μmol h⁻¹ cm⁻²的产氢速率。

4）HsGDY具有保护层、电子传输层和动力学催化层的多功能。因此，HsGDY双功能膜的原位包覆策略为合理设计高效稳定的PEC水分解的Cu₂O基光阴极开辟了一条新的途径。

Zhou, X., Fu, B., Li, L. et al. Hydrogen-substituted graphdiyne encapsulated cuprous oxide photocathode for efficient and stable photoelectrochemical water reduction. Nat Commun 13, 5770 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-33445-z

https://doi.org/10.1038/s41467-022-33445-z