近年来，通过光伏辅助电催化(PV-EC)分解水制备“绿氢”成为实现碳中和目标的关键。然而，普通电解水催化剂不能满足PV-EC系统中较高的太阳能到氢能(STH)转换效率的需求。因此，获取价格低廉、低反应过电势的电催化剂材料极为重要。本文选取具有高价态的过渡金属W作为掺杂源，采用一步电沉积方法制备出NiFeW三元金属磷化物。通过一系列的表征发现，NiFeW磷化物电催化剂表现出优异的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)活性，且作为双功能电催化剂时，在10 mA/cm2电流密度下W掺杂后样品的过电势降低了51 mV。使用NiFeW磷化物作为双功能电催化剂和太阳能电池(a-Si∶H/a-SiGe∶H/a-SiGe∶H)作为驱动源，PV-EC器件实现了超过7%的理论STH转换效率，对推动太阳能分解水制氢装置的实际应用具有重要意义。

近年来, 二维磷烯(2D BP)因其较短的电荷传输距离、高载流子迁移率和充分暴露的表面活性位点, 成为电催化剂的理想材料。然而, 不适合的含氧中间体吸附能使其反应动力学迟缓, 进而限制了其实际应用。本文通过引入颗粒状的非晶Ni2P化合物, 构建Ni2P@BP异质结, 在改善反应活性的基础上, 提高其电化学稳定性。研究结果表明: 相较于纯BP和Ni2P电催化剂, Ni2P@BP催化剂展现出优异的析氢(HER)和析氧(OER)催化活性, 在10 mA/cm2电流密度下的过电势分别为167和186 mV。Ni2P@BP作为双功能电催化剂, 仅需1.54 V的外加偏压(Vapp)就可以实现10 mA/cm2的电流密度。将其与a-Si:H/a-SiGe:H/a-SiGe:H三结叠层太阳电池连接, 实现了超过7%的太阳能制氢(STH)转换效率, 相较于作为双功能电催化剂的纯BP提高了95%。

近年来，二维(2D)g-C3N4基材料因其较短的电荷传输距离和充分暴露的表面活性位点，受到科研工作者的广泛关注。然而，g-C3N4较差的电荷分离和光吸收能力限制了进一步实际应用。通过引入具有高载流子迁移率和可见光响应的磷烯(FBP)，构建FBP/g-C3N4异质结同时增强光催化剂的光吸收和电荷分离能力；同时，具有良好催化活性的FBP也可以作为g-C3N4的助催化剂，进一步降低电荷在催化剂/电解液界面处的反应势垒，从而有效抑制电荷复合，并提高光催化制氢效率。研究结果表明：相较于纯g-C3N4，FBP/g-C3N4异质结不仅可以有效抑制电荷复合、促进光生电荷分离，而且可以极大地拓宽光谱响应范围。最终，构建的FBP/g-C3N4异质结光催化剂获得了1.08 mmol?g-1?h-1的光催化制氢速率，相较于纯g-C3N4提高了1.2倍。