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很多物理和化學(xué)過程都發(fā)生在固體電極與溶液的表界面處，因而表面處離子的吸附、聚集及其在表面的反應(yīng)都對整個(gè)反應(yīng)過程起到至關(guān)重要的作用。然而使用傳統(tǒng)的固體電極通常表現(xiàn)出的是體相和表面的復(fù)合性質(zhì)，使得單純研究電極材料表面效應(yīng)及表面離子的動(dòng)力學(xué)還存在挑戰(zhàn)。二維材料由于其具有單原子層的厚度，晶體中所有原子都處在表面，因而可以作為一種理想的模型體系來僅針對此類表面現(xiàn)象進(jìn)行研究。

課題組選擇光電化學(xué)池（PEC）分解水反應(yīng)中的決速步驟氧析出半反應(yīng)（OER）以作為研究表面離子行為的探針反應(yīng)。光電極選擇同時(shí)具有高遷移率、匹配的能級結(jié)構(gòu)以及被抑制的光生電子-空穴復(fù)合的單層的二維硒化銦（InSe）材料。并且在手套箱提供的惰性氣氛中用單層石墨烯對InSe進(jìn)行封裝，保證了光電極測試條件下長時(shí)間的穩(wěn)定性。該單層InSe/Gr光陽極最大光電流密度可以達(dá)到大10 mA cm-2，遠(yuǎn)高于通常的二維材料光電極。通過對表面離子吸附和反應(yīng)性能的理論模擬及相關(guān)測試，課題組將這種高的光電流密度主要?dú)w因?yàn)镮nSe/Gr表面氫氧根離子（OH-）和光生空穴的富集及強(qiáng)相互作用。該工作揭示了二維異質(zhì)結(jié)表面性質(zhì)與反應(yīng)活性的內(nèi)在聯(lián)系，希望能為研究電極表面離子效應(yīng)提供新的材料平臺。后續(xù)通過選擇具有合適表面性能的二維材料，并與傳統(tǒng)光電極材料結(jié)合，有望發(fā)展新型的高性能光陽極材料。

這一研究工作的實(shí)驗(yàn)部分是在我院曹陽教授指導(dǎo)下完成，博士生鄭海紅、魯藝珍與廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院葉凱航博士為論文的共同第一作者。理論計(jì)算部分在程俊教授的指導(dǎo)下，由博士生胡晉媛完成。該工作得到了國家重點(diǎn)研究計(jì)劃（2018YFA0306900、2018YFA0209500），國家自然科學(xué)基金（21872114）和中國博士后科學(xué)基金（2020M682616）的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-020-20341-7

 參考資料：
[1]廈門大學(xué)，原子層厚度的硒化銦/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)光陽極，https://chem.xmu.edu.cn/info/1274/10054.htm