近日，我所与华北水利水电大学、郑州大学合作，在暗态光电化学阴极保护领域研究取得新进展。相关成果以“Assembly of WO3-Nb2O5-ZnIn2S4 with embedded quasi-planar heterojunction characteristics and its efficient and stable dark-state photoelectrochemical cathodic protection performance”为题，发表在中科院一区Top期刊《Journal of Materials Science & Technology》（IF=11.2）。我所李万锋博士和郑州大学在读博士研究生王凯旋（河南省科学院化学研究所与郑州大学联合培养）为论文共同第一作者，河南省科学院首席科学家李伟华教授为论文通讯作者。
海洋工程装备在高温、高湿、高盐雾服役环境下的金属腐蚀适应性成为制约油气资源开发、输运过程的重大难点问题。光电化学阴极保护通过光生伏打效应将清洁光能转化为电能，促使金属发生阴极极化而实现腐蚀防护，是一种兼具零能耗、免维护及可持续等多重优点的金属腐蚀防护技术。然而，太阳能的间歇性和地域性限制了该技术在阴雨天气或暗态下的应用。开发具有储能功能的半导体材料，使其在光能充足时储存能量，并在暗态时释放储存电子，对于实现全天候的海洋腐蚀防护至关重要。
文章中开发了一种具有定向路径（低起始电位和良好匹配能带）和嵌入式形貌的储能型准平面异质结光阳极（WO3-Nb2O5-ZnIn2S4）。定向路径设计促进了光生电子和空穴的有序分离，嵌层设计通过增加层间接触面积的方式有效降低了电子传输势垒，两者协同为高效的光电分离和光电化学阴极保护提供了必要条件。与堆叠异质结（WO3-ZnIn2S4）相比，准平面结构设计不仅有助于提升光学性能（拓宽光吸收至500 nm）、降低电子传输势垒（降低电荷转移电阻34%），而且大幅度提升了对304不锈钢的暗态光电化学阴极保护性能（储能效率提升43%）。此外，该材料对Q345碳钢表现出高灵敏（500次循环，性能保持率达99.6%）和高稳定（性能保持率达89%）的光电化学阴极保护性能。
该工作为设计具有低界面能垒的高效储能异质结材料，特别是用于实际海洋环境（不含空穴清除剂）的光电化学阴极保护体系及储能涂层奠定了基础。