重庆大学王煜教授课题组利用原位合成方法成功构建超薄三明治纳米片阵列结构In₂Se₃/In₂S₃/In₂Se₃异质结。该方法通过Se原子表面置换，外延生长单胞In₂Se₃，将In₂S₃纳米片阵列原位转化为三明治结构In₂Se₃/In₂S₃/In₂Se₃（SW In₂S₃@In₂Se₃），在保持超薄纳米片阵列结构的同时，最大限度扩大异质结界面的接触面积，加速载流子运输。该材料表现出优异的光电化学水分解性能和良好的稳定性。

高效利用太阳能进行光电化学（PEC）水分解是解决能源短缺和环境污染问题的可行之策，而半导体催化剂因其在PEC领域的关键地位受到广泛关注。β- In₂S₃作为一种毒性低，光敏性高，窄带隙的N型半导体在PEC领域极具潜力。然而，基于In₂S₃的光阳极由于其反应动力学缓慢，稳定性差，在PEC领域发展受限。

构建三明治结构异质结用来提高光吸收能力，提供更多的活性位点已经广泛报道，但是传统的构建三明治结构的方法容易产生异质结过分修饰和结构堆叠的问题。原位合成的方法能够保证异质结形貌不受破坏，维持其形貌特点。相较于硫化物，硒化物在PEC水氧化过程表现更好的性能和稳定性。In₂Se₃在相变存储，光电传感器和太阳能电池领域研究广泛，但是在光电催化水分解中的应用却鲜少报道。

基于上述原因，重庆大学王煜教授课题组利用原位合成技术成功制备了三明治结构In₂Se₃/In₂S₃/In₂Se₃异质结（图1）。该异质结表现出优异的光电流密度和出色的光电催化水分解性能，光电流密度在1.23 V (vs RHE)下为8.43 mA cm⁻² ，析氧率达78.8 μmol cm^-2 h^-1；由于In₂S₃与In₂Se₃界面之间晶格失配率较低及界面处相似的原子排布，该异质结的光电流密度在24小时之内无明显波动，证明其良好的稳定性（图2）。这项工作为半导体催化剂的设计和构建提供了一条新思路。

论文信息：

In-situ Synthesis of the Thinnest In₂Se₃/In₂S₃/In₂Se₃ Sandwich-Like Heterojunction for Photoelectrocatalytic Water Splitting

Lin Jin, Dr. Yu Wu, Prof. Huijuan Zhang, Prof. Yu Wang

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202104428