Synthesis of lead-free Cu/CuFeO2/CZTS thin film as a novel photocatalytic hydrogen generator from wastewater and solar cell applications

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作者
Amira H. Ali,Ashour M. Ahmed,M. M. Abdelhamied,Ahmed A. Abdel‐Khaliek,S. Abd El Khalik,Safaa M. Abass,Mohamed Shaban,Fuead Hasan,Mohamed Rabia
出处
期刊:Optical and Quantum Electronics [Springer Science+Business Media]
卷期号:56 (5) 被引量:7
标识
DOI:10.1007/s11082-024-06375-x
摘要

Abstract The sewage water is tested as a source of hydrogen production with a high efficiency value of 25.44% using Cu/CuFeO 2 (delafossite)/CZTS (Cu 2 ZnSnS 4 , kesterite) as an investigated photocatalyst. The X-ray diffraction (XRD) analysis of the investigated photocatalyst (Cu/CuFeO 2 /CZTS) revealed a compact crystalline material, as witnessed by the diffraction peaks with high intensities. From the optical characterization, the recorded band gap values of Cu/CuFeO 2 /CZTS, Cu/CuFeO 2 , and CZTS are 1.15, 1.97, and 1.43 eV, respectively, inferring an obvious enhancement in the optical properties of the investigated photocatalyst, Cu/CuFeO 2 /CZTS. The photoelectrochemical (PEC) performance of the investigated photocatalyst for hydrogen (H 2 ) generation was examined in wastewater. The current–time characteristic and the PEC behavior of Cu/CuFeO 2 /CZTS in dark and under light illumination using various power densities, monochromatic wavelengths, and different temperatures were studied. The current densities (J Ph ) under light illumination and (J o ) in the dark were − 8.0 and − 0.7 mA cm −2 , respectively. The H 2 generation rate for the Cu/CuFeO 2 /CZTS electrode was 0.049 mA/h. The thermodynamic parameters, respectively, ΔS * , ΔE, and ΔH * were 28.76 kJ mol −1 K −1 , 21.0, and 18.28 kJ mol −1 at 390 nm. The findings of the work hold great promise for addressing energy production and the hindrances of sewage treatment at the same time.
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