ACS Energy Lett. 在氧化铜和氧化亚铜光电阴极上氮还原

氧化铜（CuO）和氧化亚铜（Cu2O）作为重要的半导体材料 ，在光电化学领域展现出巨大的应用潜力。这 两种材料因其合适的带隙、良好的光响应和相对低廉的价格 ，成为研究者们关注的焦点，特别是在氮还原反应（NRR）这一新兴领域。

氧化亚铜（Cu2O）的禁带宽度约为2.1 eV，对太阳光的理论利用率可达21%左右，使其成为极具潜力的光伏材料。同时，它的导带底电势足以驱动水分解产氢反应，因此也被应用于制备光阴极来分解水产氢。然而，Cu2O材料本身在电解液中易发生光腐蚀，光稳定性差，这限制了其在光电化学中的应用。为了解决这一问题，研究者们采用了多种改性策略，如表面修饰和半导体复合，以提高Cu2O光电极的光稳定性，改善其光电化学性能。

在NRR领域，Cu2O和CuO光电阴极展现出令人瞩目的性能。例如， Cu2O薄膜在特定条件下可以实现高达7.2 μg cm-2 h-1的氨产率 ，法拉第效率达到20%。这一成果表明，Cu2O作为光电阴极材料在NRR中具有巨大潜力。然而，要实现更高效的NRR，还需要进一步优化材料的能带结构、激子分离效率和催化活性。

除了NRR，Cu2O和CuO在其他光电化学应用中也展现出广阔前景。例如，Cu2O/ZnOS/AZO结构的太阳能电池实现了1.48%的光电转化效率，显著高于纯ZnO为缓冲层的电池。此外，Cu2O/Ga2O3/TiO2/RuOx结构的光阴极在1.0 V vs. RHE时获得了6 mA cm-2的光电流和+0.9 V vs. RHE的开启电压，显示出优异的光电性能。

尽管Cu2O和CuO在光电化学领域展现出巨大潜力，但要实现其大规模应用，仍面临诸多挑战。例如， Cu2O的光稳定性问题尚未得到彻底解决 ，而CuO的催化活性还有待进一步提高。未来的研究重点将集中在探索新的电极制备方法、开发更有效的改性策略以及优化材料的能带结构等方面。

总的来说，氧化铜和氧化亚铜作为重要的光电阴极材料，在NRR和其他光电化学应用中展现出巨大潜力。随着研究的深入和技术的进步，这两种材料有望在未来的可持续能源领域发挥重要作用，为解决全球能源和环境问题提供新的解决方案。