采用光刻(photolithography)與蝕刻(etching)技術，制備硅微米柱陣列，此結構較平面之光陰極，具可降低入射光反射之優勢，進而提升光吸收率，此外亦可提供較大之表面積進行催化反應。然而為解決前段所述之難題，硅光陰極必須修飾共催化劑(co-catalyst)，其乃用于改善光激發載子分離效率，故此研究團隊研發并合成二硫化鉬與二硫化鎢之復合材料(MoS2-WS2)，并將其沉積于硅微米柱(圖1)，提高光電化學產氫反應之活性。

圖1. 二硫化鉬與二硫化鎢復合材料之硅微米柱陣列其掃描式電子顯微鏡圖。

與純二硫化鉬或二硫化鎢相比，該MoS2-WS2復合材料具**之催化表現，活性之MoS2-WS2/Si電極于0 V可提供-25.9 mA/cm2光電流(圖2)，此光陰極于連續線性掃描伏安法(linear sweep voltammetry; LSV)過程無明顯衰退，于第50次LSV掃描中，MoS2-WS2/Si之光電流密度于0 V下，仍可保持約-22.0 mA/cm2，然而計時電流法(chronoamperometry)測試下，MoS2-WS2/Si之光電流于5小時量測衰退至初始值之83%，且電流密度于10個小時后降低至-17.5 mA/cm2，此乃因二氧化硅于催化過程產生，進而使光電化學特性衰退，故于此使用二氧化鈦作為保護層，TiO2/MoS2-WS2/Si電極于16個小時鑒定后，電流僅降低至起始值之85%。

圖2. 二硫化鉬與二硫化鎢復合材料之硅光陰極之光電化學特性。

此研究中，乃藉X光吸收近邊緣結構(X-ray absorption near edge structure; XANES)光譜(圖3)可得知，MoS2-WS2復合材料其金屬陽離子皆為+4價，與純二硫化鉬或二硫化鎢之氧化態相同，此外亦采用擴展X光吸收精細結構(EXAFS)光譜觀察材料之原子結構，其鉬與鎢吸收邊緣之K空間譜圖為異相(out-of-phase)震蕩，表鉬與鎢陽離子并未摻雜于彼此結構之中，而EXAFS擬合結果則顯示，MoS2-WS2復合材料中二硫化鎢成分與純二硫化鎢之結構雷同，然其二硫化鉬成分則含大量硫空缺，而此些缺陷可做為活性點位，使此復合材料具較理想之光電化學表現。

圖3. 二硫化鉬與二硫化鎢復合材料其鉬K邊緣與鎢L邊緣X光吸收光譜

光陰極之光電化學性能亦受共催化劑其電子未占據態影響，因該未占據態可用于接受光激發載子，而二硫化鉬之未占據電子能態乃由鉬 4d與硫 3p軌域組成，二硫化鎢則由鎢 5d和硫 3p所構成，因此金屬L邊緣和硫 K邊緣之X光吸收近邊緣結構用于觀察此材料之未占據態，如圖4所示，可發現MoS2-WS2材料其二硫化鎢成分之電子能態與純二硫化鎢相似，然此復合材料具較多未占據電子能態于鉬 4d與硫 3p軌域中，由上述此些結果可得知MoS2-WS2之二硫化鉬成分為造成其優良催化活性之主因。

圖4. 二硫化鉬與二硫化鎢復合材料其鉬L邊緣與硫K邊緣X光吸收光譜。

MoS2-WS2復合材料修飾之硅陰極材料具良好之光電化學特性，于修飾二氧化鈦保護層后，可進而改善二氧化硅生成與活性衰退等問題，經X光吸收光譜證實此復合材料之共催化劑，其理想之表現乃因二硫化鉬成分，其電子軌域中具大量未占據態，可接收光激發載子，而結構中亦含眾多硫缺陷，可做為產氫反應之催化點位，此發現使氫能應用具更良好之前景。