Microwave-Assisted Self-Doping of TiO2 Photonic Crystals for Efficient Photoelectrochemical Water Splitting

材料科学 光电流 兴奋剂 可见光谱 光电子学 光子晶体 分解水 光子学 纳米技术 光催化 生物化学 催化作用 化学
作者
Zhonghai Zhang,Xiulin Yang,Mohamed Nejib Hedhili,Elaf Ahmed,Le Shi,Peng Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:6 (1): 691-696 被引量:112
标识
DOI:10.1021/am404848n
摘要

In this article, we report that the combination of microwave heating and ethylene glycol, a mild reducing agent, can induce Ti(3+) self-doping in TiO2. A hierarchical TiO2 nanotube array with the top layer serving as TiO2 photonic crystals (TiO2 NTPCs) was selected as the base photoelectrode. The self-doped TiO2 NTPCs demonstrated a 10-fold increase in visible-light photocurrent density compared to the nondoped one, and the optimized saturation photocurrent density under simulated AM 1.5G illumination was identified to be 2.5 mA cm(-2) at 1.23 V versus reversible hydrogen electrode, which is comparable to the highest values ever reported for TiO2-based photoelectrodes. The significant enhancement of photoelectrochemical performance can be ascribed to the rational coupling of morphological and electronic features of the self-doped TiO2 NTPCs: (1) the periodically morphological structure of the photonic crystal layer traps broadband visible light, (2) the electronic interband state induced from self-doping of Ti(3+) can be excited in the visible-light region, and (3) the captured light by the photonic crystal layer is absorbed by the self-doped interbands.
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