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Developing Metal-semimetallic Transition Metal Dichalcogenide Interfaces in Plasmonic Au/NbS2 Heterostructures for Enhanced Charge Transfer and Photoelectrochemical Hydrogen Evolution Reaction, Advanced Energy Materials, 16,35(2026)
電漿子 Au/NbS₂ 異質結構中構建金屬–半金屬過渡金屬二硫族化物界面以增強電荷轉移與光電化學析氫反應
Alex Sam, Arya Pilakunnath, Chun-Sheng Yang, Chun-Hao Li, Chih-Hsuang Lu, Kai Chen, Fong-Zhi Chen, Wei-Chun Chen, Miho Yamauchi, Chia-Yun Chen, Shang-Da Yang, Ta-Jen Yen*
2026/10/29
電漿子金屬與催化活性載體的結合，是開發高效率、低成本光電極以實現太陽能驅動光電化學（PEC）產氫的可行途徑。本研究探論一種異質結構光電極（PE），由金奈米顆粒（Au NPs）修飾於直接成長在碳纖維紙上的二硫化鈮奈米薄片（NbS₂ NFs）構成，並以同步輻射 X 光光譜解析其電漿子驅動的界面電荷轉移。在此設計中，Au NPs 作為電漿子天線以集中局部電磁場，半金屬性的 NbS₂ NFs 則提供富含 HER 活性位點的高導電性骨架。Nb K 邊與 Au L₃ 邊之 XANES/EXAFS 分析顯示，Au/NbS₂ 界面處的電子結構受到調控，局部配位環境亦有所改變。在水蒸氣環境下進行的原位常壓 X 光光電子能譜（AP-XPS）直接追蹤了光誘導的電荷重新分布：照光後，Au 4f 能階位移約 −0.67 eV，顯示電子由 NbS₂ 轉移並累積於 Au 位點。此電漿子輔助的電荷轉移提升了電荷分離效率與載子利用率，從而加速 HER 動力學。在照光條件下，Au NP/NbS₂ NF 光電極的交換電流密度提升6倍，過電位降低1.75倍，H₂ 產量提高 2. 45倍。本研究以 Au NP/NbS₂ NF 異質結構為基礎，建立了一套構築低成本、高效率光電極的策略，並為次世代永續產氫光電極的理性設計提供了重要見解。