通过将太阳能转换为化学能，光电化学（PEC）的水分解法是生产清洁氢的一种非常有吸引力的方法。但是，它们的性能受到极差的电荷载流子分离和运输的限制。在这项工作中，TiO₂/CuS异质结构纳米线阵列光阳极是通过用连续的离子层吸附和反应（SILAR）方法装饰在导电基底上生长TiO₂纳米线阵列上的CuS纳米团簇而制备的。结果表明，重复进行SILAR程序，CuS含量增加。装入CuS纳米团簇后，TiO₂纳米线阵列光电阳极的PEC性能得到增强，并且TiO₂/CuS-5（即重复SILAR过程重复5次）样品显示出最高的光电流密度。PEC活性的提高归因于增加的光吸收和有效的电荷分离，以及在TiO₂纳米线阵列上具有最佳的CuS覆盖率。重要的是，进一步的分析显示，在PEC过程中，部分CuS还原为Cu₂S，表明CuS纳米团簇主要充当转移光生电子的助催化剂。
 
Figure 1. 在FTO衬底上生长的TiO₂/CuS纳米线阵列异质结构的制备过程。
 

Figure 2. （a）在FTO衬底上生长的TiO₂/CuS-x（x = 0、2、5、10和80）纳米线阵列异质结构的XRD图谱；（b）部分放大的XRD图案。
 

Figure 3. （a）TiO₂、（b）TiO₂/CuS-2、（c）TiO₂/CuS-5和（d）TiO₂/CuS-10纳米线阵列异质结构的SEM图像；（e）取自TiO₂/CuS-10样品的EDS曲线。


Figure 4. （a）TiO₂/CuS-5的HRTEM图像（插图显示了SAED模式）；（b）TiO₂纳米线和（c）CuS纳米团簇的HRTEM放大图。
 

Figure 5. （a）在黑暗中和（b）在AM 1.5G光照下获得的不同光阳极的线性扫描伏安曲线；（c）在0 V时相对于Ag/AgCl的瞬态光电流响应（插图显示了SILAR循环时间与光电流密度的关系图），以及（d）不同光阳极的开路电压曲线；（e）TiO₂和TiO₂/CuS-5的奈奎斯特图；（f）在AM 1.5G光照下TiO₂/CuS-5的稳定性测试（零偏压）。
 

Figure 6. TiO₂/CuS异质结光电阳极的（a）PEC反应机理和（b）能带结构图的示意图。 
          相关研究成果于2019年由北京科技大学Boping Zhang课题组，发表在Applied Surface Science（2019，463，829–837）上。原文：TiO₂/CuS heterostructure nanowire array photoanodes toward water oxidation: The role of CuS。