Photoelectrochemical water splitting using TiO2/α-Fe2O3 heterojunction films produced by chemical vapour deposition

异质结 分解水 化学气相沉积 材料科学 沉积(地质) 化学工程 光电子学 化学 光催化 地质学 催化作用 古生物学 生物化学 沉积物 工程类
作者
Abdullah M. Alotaibi,Hussam S. Alzahrani,Saud M. Alosaimi,A. Alqahtani,Mohammed A. Alhajji,Mohammed Al-Otaibi
出处
期刊:RSC Advances [Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (38): 31931-31945 被引量:6
标识
DOI:10.1039/d5ra05064b
摘要

This study reports the enhanced photoelectrochemical (PEC) performance of TiO2/α-Fe2O3 heterostructure films fabricated via a sequential aerosol-assisted chemical vapour deposition (AACVD) of hematite at 450 °C, followed by atmospheric pressure CVD (APCVD) of anatase TiO2 with controlled thickness. Structural analyses (XRD, Raman, XPS) confirmed phase purity and oxidation states, while UV-vis spectroscopy revealed a narrowed bandgap and extended visible light absorption for the heterostructures compared to pristine films. The optimized TiO2/α-Fe2O3 (8 min) photoanode achieved a photocurrent density of 1.75 mA cm-2 at 1.23 V vs. RHE in 1.0 M NaOH under AM 1.5G illumination, representing a ∼150% improvement over pure α-Fe2O3. Incident-photon-to-current efficiency (IPCE) reached 7.47% at 420 nm, with enhanced performance sustained across the visible range. Transient absorption spectroscopy (TAS) revealed prolonged charge carrier lifetimes, indicating suppressed electron-hole recombination. The heterojunction design also improved stability, maintaining performance for over 16 h compared to 6.5 h for hematite alone. These synergistic effects including narrowed bandgap, efficient charge separation, and enhanced light harvesting highlight the novelty of combining AACVD and APCVD in fabricating TiO2/α-Fe2O3 heterostructures as durable, high-performance photoanodes for scalable solar hydrogen generation.
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