电子科大童鑫研究员&王志明教授Nano Energy：核壳结构环保型量子点中同步引入铜元素实现高效光电化学析氢

第一作者：夏莉

通讯作者：童鑫*，Alberto Vomiero*，王志明*

通讯单位：电子科技大学，瑞典吕勒奥理工大学

论文：10.1016/j.nanoen.2024.109302

随着化石燃料的不断消耗，环境污染和气候变化已成为人类发展的重大问题。目前解决该问题的有效途径之一是利用无限的太阳能生产高能量密度的氢能，同时实现“零碳”排放。基于此，光电化学电池在过去几十年中引起了广泛关注，开发低成本、高性能的半导体光电极材料也成为了近年来的研究热点。尽管具有宽带隙的传统半导体金属氧化物（如ZnO和TiO₂）因其低成本和高稳定性而被广泛用作光电化学制氢光电极，其本征宽带隙（~3.2 eV）带来的窄带光吸收制约了其对太阳光谱的利用。为了解决这一限制，引入窄带隙半导体材料来敏化宽带隙金属氧化物，不仅可以提高太阳光谱的利用率，还可以促进光生电荷的有效分离和转移。半导体胶体量子点由于其独特的尺寸相关光学特性和宽带光吸收，已被广泛应用于光电化学制氢，然而，目前大多数高性能量子点光电化学电池都是使用高毒性的重金属（Cd、Pb等）基量子点制造而成，势必会导致一系列环境和人类健康问题。因此，探索具有优异光电性能的环境友好型量子点有利于实现未来低成本、绿色环保和高效的光电化学制氢系统。

近日，来自电子科技大学的童鑫研究员和王志明教授，与瑞典吕勒奥理工大学的Alberto Vomiero教授合作，在国际知名期刊Nano Energy上发表题为“Simultaneous copper incorporation in core/shell-structured eco-friendly quantum dots for high-efficiency photoelectrochemical hydrogen evolution”的文章。该文章提出在环保型AgInSe（AISe）/ZnSe核壳量子点的核和壳层中同时引入Cu元素以优化电子能带结构和激子动力学，从而实现高效的太阳能驱动量子点光电化学析氢。光学表征及密度泛函理论（DFT）计算证明，在AISe核中引入Cu可以使导带位置相对于ZnSe壳层向上移动，促进电子离域，从而延长了激子寿命。同时，进一步引入Cu到ZnSe壳中，AISe核中光诱导产生的空穴将被被壳层中的Cu杂质能级捕获，从而抑制光生载流子复合。将优化后的Cu-AISe/ZnSe:Cu量子点用于组装量子点光电化学电池，在一个标准太阳光辐照下（AM 1.5G 100 mW cm^-2）展示出了高达9.1 mA cm^-2的饱和光电流密度。

“Simultaneous copper incorporation in core/shell-structured eco-friendly quantum dots for high-efficiency photoelectrochemical hydrogen evolution”

童鑫，研究员、博士生导师、四川省特聘专家。长期从事半导体胶体量子点设计制备、物性调控及其能源光电子应用研究。作为项目负责人主持包括国家重点研发计划政府间重点专项、国家自然基金、四川省科技计划项目等多项国家/省部级项目。近年来以第一/通讯作者在 Adv. Energy. Mater.、ACS Catal.、Adv. Sci.、Nano Energy、Appl. Catal. B. 等发表三十余篇论文，个人H-index为32。现担任JCR一区SCI期刊《Alexandria Eng. J.》副主编、中科院一区TOP期刊《Carbon Energy》青年编委、中国科技期刊高起点新刊《Electron》青年编委。

王志明，教授、博士生导师、国家领军人才、美国光学学会会士、英国皇家化学学会会士、电子科技大学基础与前沿研究院院长。长期从事半导体微纳结构制备、表征和器件应用研究，主要聚焦在集成光子、量子科技、柔性电子、再生能源等交叉前沿领域的新材料基础。目前主持国家重点研发计划重点专项和负责高等学校学科创新引智基地。在Science、Nature Materials、Nature Photonics、Nature Electronics等国际高水平期刊上发表SCI论文六百余篇，被引用21000余次，个人H-index为75。担任《J. Electron. Sci. Technol.》主编、Nanoscale Research Letters创刊主编、Nano-Micro Letters共同主编。