광음극 개시 전위 (Si, HER)

Si 광음극의 개시 전위 V_os (V vs RHE)는 광전류가 암전류를 초과하는 전위로 정의된다. NW 길이에 대해 단조롭지 않은 거동을 보인다 (참조: Sim et al., J. Mater. Chem. A (2013), Table 1):

모든 값은 Sim et al., J. Mater. Chem. A (2013), Table 1 참조. 29.3 μm NW에서의 촉매 무첨가 250 mV 이동은 nanostructure-enhanced-PEC 및 silicon-nanowire-photocathode에 기인하며, Pt 매개 개시 전위 이동과 비견할 만하다.

paper_032 — 평면형 Si 위의 N-도핑 그래핀 (1 M HClO₄, pH 0, 300 W Xe 램프 100 mW cm⁻² AM 1.5G; 1 mA cm⁻²에서의 개시 전위):

Sim et al., Energy Environ. Sci. (2013), Fig. 1a 참조.

paper_035 — N-GQS 암전류 RDE HER (유리질 탄소, −5 mA cm⁻²): N-doped-graphene-quantum-sheet 개시 전위 −0.22 V vs RHE, 성장된 그대로의 CVD 그래핀 대비 +0.07 V 향상 (참조: Moon et al., Adv. Mater. (2014), Fig. 5d, Table S₁). bare Si 위의 N-GQS는 광음극 개시 전위를 bare Si 대비 +0.29 V 향상시키며, 다공성 Si 위에서는 다공성 Si 기준 대비 +0.09 V 추가 향상된다 (1 M HClO₄, AM 1.5G; Fig. 5c).

조건 주의사항: 이 값들은 모두 직접 비교 가능하지 않다 — paper_025는 0.1 M H₂SO₄를 사용하는 반면, papers_032/035는 1 M HClO₄ (pH 0)를 사용하며; N-GQS RDE 값은 광음극 개시 전위가 아닌 암전류 HER 측정값이다.

paper_061 — MoS₂/p-Si (전사된 TMD 촉매) (0.5 M H₂SO₄, AM 1.5G 100 mW cm⁻²; 1 mA cm⁻²에서의 개시 전위):

10 mA cm⁻²에서의 과전위: −0.082 V (bare p-Si의 −0.69 V 대비; 총 이동 0.608 V). 참조: Kwon et al., Energy Environ. Sci. (2016), Fig. 3a, p. 2242. type-II-TMD-semiconductor-heterojunction-PEC에 의해 구현됨.

paper_063 — Pt/TiO₂-NR/평면형 p-Si (0.5 M H₂SO₄, AM 1.5G, 1 sun): Pt-TiO₂-NR-Si-photocathode는 개방 회로 전압 Voc = 440 mV vs RHE를 보고한다 (단속광; 참조: Andoshe et al., J. Mater. Chem. A (2016), Fig. 4d–e), bare 평면형 Si (S₁) 개시 전위 ~0.75 V vs RHE (Fig. 4a) 대비. ⚠ Voc로 보고된 값이며, paper_061 행에서 사용된 1 mA cm⁻² 개시 기준이 아님 — 엄밀한 상호 순위 비교 불가.

paper_075 — 평면형 p-Si 위의 다층 CVD 그래핀: 2층 double-layer-graphene-photocathode는 Mott–Schottky 분석으로 평탄대 전위 Efb 0.26 V vs RHE (원상태) 및 0.30 V (플라즈마 처리) 를 나타내며 (참조: Sim et al., ACS Appl. Mater. Interfaces (2017), Fig. 4a–b, 7c); −5 mA cm⁻²에서의 J–E 개시 전위는 −0.04 V (2L) 및 +0.07 V (플라즈마 처리 2L) vs RHE이다 (Table S₁). ⚠ Efb는 평탄대 전위이며, 다른 행에서 사용된 1 mA cm⁻² 개시 기준이 아님; 두 값 모두 참고용으로 보고됨. 층수 의존성 (Efb 최대값이 2L에서 나타남)은 graphene-layer-count-band-alignment에 의해 지배됨.

paper_099 — 평면형 p-Si 위의 폴리도파민-CNS (1 M HClO₄, pH 0, AM 1.5G 100 mW cm⁻²; −1 mA cm⁻²에서의 개시 전위): polydopamine-CNS 조촉매는 bare Si −0.17 V 대비 V_os +0.21 V vs RHE 를 나타내며 (이동폭 +0.38 V) (참조: An et al., Bull. Korean Chem. Soc. (2018), Fig. 4a). 발표 당시 탄소계 소재 중 최고의 개시 전위 이동폭으로 주장됨. ⚠ NW 구조 (papers 025/075와 구조/조건 상이)와 직접 순위 비교 불가; CNS 합성 경로는 CVD-프리 방식임 (polydopamine-carbonization-CNS).

paper_106 — CNW–SiNW 계층형 광음극 (AM 1.5G, 1 M HClO₄, pH 0; −1 mA cm⁻²에서의 개시 전위, paper_099와 동일 기준):

CNW 코팅은 평탄대 전위를 Efb 0.040 → 0.123 V vs RHE로 이동시키고 (Mott–Schottky, 암전류; SI Fig. S5b), 30 h 경과 후에도 광전류의 89% 이상을 유지한다. 참조: Moon et al., Nanoscale (2018), Table S₁; 메커니즘 Cu-vapor-CVD-direct-CNW-growth. ⚠ paper_099/075의 평면형 Si 구조 대비 NW 기하학적 구조.