Rhodium-Doped Barium Titanate Perovskite as a Stable p-Type Photocathode in Solar Water Splitting

材料科学 光电阴极 钙钛矿(结构) 钛酸钡 兴奋剂 钛酸酯 分解水 无机化学 光电子学 化学工程 陶瓷 催化作用 复合材料 冶金 光催化 电子 生物化学 物理 化学 量子力学 工程类
作者
Ke Shi,Boyang Zhang,Kaiwei Liu,Jifang Zhang,Guijun Ma
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (40): 47754-47763 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.3c09635
摘要

Solar water splitting from a p-n-conjugated photoelectrochemical (PEC) system is a promising way to produce hydrogen sustainably. At present, finding a compatible p-type photocathode material for the p-n system remains a great challenge in consideration of the photocurrent and stability. This paper highlighted a promising candidate, Rh/BaTiO3, by switching BaTiO3 from an n-type photoanode to a p-type photocathode upon Rh doping. The dopant activated visible light absorption up to 550 nm and an onset potential as high as 1.0 V (vs RHE). Using surface photovoltage spectroscopy as a powerful characterization tool, the n- to p-type transition of the semiconductor was studied and explained microscopically by which we quantitatively isolated the cathodic contribution caused by the Rh dopant. Unbiased overall solar water splitting was accomplished by serially connecting the Pt/Rh/BaTiO3 photocathode to a CoOx/Mo/BiVO4 photoanode, which produced a solar to hydrogen conversion efficiency of 0.1% and an excellent stability over 100 h of operation at ambient pressure. This work revealed the key role that the Rh dopant played in the n- to p-type adjustment of titanate semiconductors and demonstrated its great potential for application in PEC water splitting.
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