Atomic-Layer Controlled Interfacial Band Engineering at Two-Dimensional Layered PtSe2/Si Heterojunctions for Efficient Photoelectrochemical Hydrogen Production

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作者
Cheng‐Chu Chung,Han Yeh,Po‐Hsien Wu,Cheng‐Chieh Lin,Chia‐Shuo Li,Tien-Tien Yeh,Yi Chou,Chuan‐Yu Wei,Cheng‐Yen Wen,Yi‐Chia Chou,Chih‐Wei Luo,Chih‐I Wu,Ming‐Yang Li,Lain‐Jong Li,Wen‐Hao Chang,Chun‐Wei Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (3): 4627-4635 被引量:36
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c08970
摘要

Platinum diselenide (PtSe2) is a group-10 two-dimensional (2D) transition metal dichalcogenide that exhibits the most prominent atomic-layer-dependent electronic behavior of "semiconductor-to-semimetal" transition when going from monolayer to bulk form. This work demonstrates an efficient photoelectrochemical (PEC) conversion for direct solar-to-hydrogen (H2) production based on 2D layered PtSe2/Si heterojunction photocathodes. By systematically controlling the number of atomic layers of wafer-scale 2D PtSe2 films through chemical vapor deposition (CVD), the interfacial band alignments at the 2D layered PtSe2/Si heterojunctions can be appropriately engineered. The 2D PtSe2/p-Si heterojunction photocathode consisting of a PtSe2 thin film with a thickness of 2.2 nm (or 3 atomic layers) exhibits the optimized band alignment and delivers the best PEC performance for hydrogen production with a photocurrent density of −32.4 mA cm–2 at 0 V and an onset potential of 1 mA cm–2 at 0.29 V versus a reversible hydrogen electrode (RHE) after post-treatment. The wafer-scale atomic-layer controlled band engineering of 2D PtSe2 thin-film catalysts integrated with the Si light absorber provides an effective way in the renewable energy application for direct solar-to-hydrogen production.
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