光电化学（PEC）水裂解是一种很有吸引力的“绿色”制氢方法。其中，氧化亚铜（Cu2O）的天然p-型半导体是最有前途的直接制氢光电阴极候选材料之一。然而，Cu2O基光电阴极仍然存在严重的自光腐蚀和快速表面电子-空穴复合问题。
基于此，华东师范大学张中海教授（通讯作者）等人报道了一种简便的原位封装策略，即利用氢取代石墨炔（HsGDY）封装Cu2O纳米线（HsGDY@Cu2O NWs）在三维多孔CF上的光电阴极，提高水还原性能。以1, 3, 5-三乙基苯（TEB）为前驱体，通过Cu(I)离子介导的Glaser偶联反应在Cu2O NWs表面上原位生成HsGDY。在0 V vs. RHE条件下，HsGDY@Cu2O NWs光电阴极的光电流密度为-12.88 mA cm-2，接近于在AM 1.5 G太阳光照射下的Cu2O光电阴极的理论光电流密度，光转换效率也达到2%。在PEC运行24 h后，HsGDY@Cu2O NWs光电阴极表现出优异的稳定性，仅损失7.5%的光电流密度。高效的PEC性能和高稳定性使HsGDY@Cu2O NWs光电阴极的析氢速率达到218.2±11.3 μmol h-1 cm-2。此外，将HsGDY@Cu2O NWs光电阴极集成到聚光太阳能光系统中，在10-sun照射下获得了-50.7 mA cm-2的高光电流密度和861.1±24.8 μmol h-1 cm-2的析氢速率。HsGDY具有保护层、电子转移层和动力学催化层的多功能。双功能HsGDY层的原位封装策略为合理设计Cu2O基光电阴极，实现高效稳定的PEC减水提供了途径。Hydrogen-substituted graphdiyne encapsulated cuprous oxide photocathode for efficient and stable photoelectrochemical water reduction. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-33445-z.https://doi.org/10.1038/s41467-022-33445-z.
