NiO Nanoparticles Anchored on Phosphorus‐Doped α‐Fe2O3 Nanoarrays: An Efficient Hole Extraction p–n Heterojunction Photoanode for Water Oxidation

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作者
Feng Li,Jing Li,Jie Zhang,Lili Gao,Xuefeng Long,Yiping Hu,Shuwen Li,Jun Jin,Jiantai Ma
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:11 (13): 2156-2164 被引量:71
标识
DOI:10.1002/cssc.201800571
摘要

Abstract The photoelectrochemical (PEC) water‐splitting efficiency of a hematite‐based photoanode is still far from the theoretical value due to its poor surface reaction kinetics and high density of surface trapping states. To solve these drawbacks, a photoanode consisting of NiO nanoparticles anchored on a gradient phosphorus‐doped α‐Fe 2 O 3 nanorod (NR) array (NiO/P‐α‐Fe 2 O 3 ) was fabricated to achieve optimal light absorption and charge separation, as well as rapid surface reaction kinetics. Specifically, a photoanode with the NR array structure allowed a high mass‐transport rate to be achieved, while phosphorus doping effectively decreased the number of surface trapping sites and improved the electrical conductivity of α‐Fe 2 O 3 . Furthermore, the p–n junction that forms between NiO and P‐α‐Fe 2 O 3 can further improve the PEC performance due to efficient hole extraction and the water oxidization catalytic activity of NiO. Consequently, the NiO/P‐α‐Fe 2 O 3 NR photoanode produced a high photocurrent density of 2.08 mA cm −2 at 1.23 V versus a reversible hydrogen electrode and a 110 mV cathodic shift of the onset potential. This rational design of structure offers a new perspective in exploring high‐performance PEC photoanodes.
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