光電化學(PEC)制氫提供了一種利用太陽能直接生產清潔能源的方法。但是，陽極光電流過高的起始電位不利於太陽能的有效利用。光電極的高起始電位主要受半導體的低光電壓和電極表面上氧化還原反應緩慢的動力學影響；這兩個因素的存在導致在實驗中觀察到的平帶電位和起始電位之間存在很大差值，而此差值與光陽極反應的過電位有關。因此，開發一種具有低起始電位的光陽極有利於太陽能的高效利用。
近日，中國科學技術大學俞書宏院士團隊結合其前期工作基礎，提出了一種利用能帶工程調控光電極起始電位的新思路。如圖1所示，他們通過水熱法在CdSeTe納米線表面包覆一層CdS納米顆粒，進一步通過高溫退火過程實現合金化， 從而得到CdSSeTe納米線(CSST NWs)。通過調整CdSeTe和CdS的物質的量比，可以實現對CSST NWs能帶結構的調控。
圖1. 光電極的合成示意圖及形貌和組分表徵。
為了更加深入地研究具有不同元素比例的CSST NWs的能帶結構變化，他們採用紫外光電子能譜(UPS)以及吸收光譜對不同的材料進行了表徵(圖2)。隨著引入的CdS增多，CSST NWs的光學帶隙逐漸擴大，且費米能級、導帶低和價帶頂的位置都發生了相應的變化。
圖2. 光電極的光譜表徵及能帶示意圖。
光電化學制氫實驗表明，通過合理地調控CSST NWs的能帶結構，可以實現對光陽極的平帶電位和光電壓的精確控制，從而使陽極光電流的起始電位負移，且提高了光電極的能量轉換效率(圖3)。
圖3. 光電極的PEC制氫性能。
光催化制氫和光催化分解水實驗表明，通過精確地調控半導體材料的帶隙以及能帶結構，能夠有效地提高其光捕獲能力和氧化還原能力，進而提高能量轉換效率(圖4)。
圖4. 光催化制氫和光催化分解水性能