Synergistical Dual Strategies Based on in Situ-Converted Heterojunction and Reduction-Induced Surface Oxygen Vacancy for Enhanced Photoelectrochemical Performance of TiO2

材料科学 异质结 光催化 分解水 载流子 化学工程 能量转换效率 析氧 无定形固体 光电子学 纳米技术 表面电荷 电极 催化作用 电化学 物理化学 工程类 有机化学 化学 生物化学
作者
Yanfang He,Peipei Wang,Jianfei Zhu,Ying J. Yang,Yuan Liu,Mingming Chen,Dawei Cao,Xiaohong Yan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (40): 37322-37329 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acsami.9b12537
摘要

Identifying effective means to improve the charge separation performance assisted by adequate surface reaction represents a significant challenge for developing a highly efficient TiO 2 photoanode. Here we report a structural synergistic strategy between a close contact heterojunction and a surface oxygen vacancy to significantly boost the charge separation efficiency and charge injection efficiency of TiO 2 nanowires (NWs) in PEC water splitting. To accomplish this task, a TiO 2 /SrTiO 3 (TiO 2 /STO) heterojunction was first constructed by in situ conversion, resulting in close contact between interface, promoting separation of the photoinduced charge carriers, which increased charge separation efficiency by 107% compared to TiO 2 . After the amorphous layer was established on the surface of the SrTiO 3 coating, the resulting TiO 2 /SrTiO 3 /r-SrTiO 3 (TiO 2 /STO/r-STO) improved the light absorption property of the photoelectrodes and boosted the ability to adsorb the reactant hydroxide ions, resulting in charge injection efficiency improvement by 67.3% compared with pure TiO 2 . This complementary modification for enhancing charge separation and boosting the surface reaction demonstrates a significant capacity to improve the photoelectrochemical (PEC) performance of one photoanode, which could be instructive for other fields including photocatalysis and PEC carbon dioxide reduction.

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