Tuning the Charge Transfer Dynamics of the Nanostructured GaN Photoelectrodes for Efficient Photoelectrochemical Detection in the Ultraviolet Band

材料科学 纳米线 半导体 光电子学 光电探测器 光电化学 光电流 紫外线 电极 分解水 纳米技术 光催化 电化学 化学 生物化学 物理化学 催化作用
作者
Shi Fang,Danhao Wang,Xiaoning Wang,Xin Liu,Yang Kang,Huabin Yu,Haochen Zhang,Wei Hu,Jr‐Hau He,Haiding Sun,Shibing Long
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (29) 被引量:81
标识
DOI:10.1002/adfm.202103007
摘要

Abstract The intriguing surface sensitivity of the single‐crystalline semiconductor nanowires offers tremendous opportunity in tuning the physical properties of nanophotonic and nanoelectronic devices for versatile applications. Particularly, in the pursuit of emerging photoelectrochemical (PEC)‐type devices, significant efforts have been devoted to understanding the charge transfer dynamics between the nanowires and the electrolyte. Here, a PEC‐type ultraviolet photodetector consisting of GaN p ‐ n junction nanowires as photoelectrodes is constructed. It is found that two competing charge transport processes at the nanowires’ surface as well as in the p ‐ n junction co‐determine the photoresponsive behavior of the device. Furthermore, the surface platinum (Pt) decoration has successfully tuned the charge transfer dynamics by enhancing the charge transport efficiency at the surface, resulting in a twenty‐fold increase of the photocurrent compared to the pristine GaN nanowires. Theoretical calculations reveal that the newly formed electronic states at the Pt/GaN interface account for the improved charge transfer at the surface, and the optimal hydrogen adsorption energy contributes to the boosted PEC reaction rate. The synergy of these two effects uncover the underlying mechanism of the high photoresponse of the constructed Pt/GaN‐nanowires‐based PEC photodetectors.
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