All‐Solid‐State S‐Scheme Heterojunction TiO 2 /Cu/MoSi 2 N 4 for Efficient Visible‐Light Driven Water Splitting

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作者
Qixing Wang,Shengjia Li,Gang Yuan,Zhengwang Cheng,Zhihui Yang,Hui Lv,Zhuo Peng,Changcun Han,Wei Zou,Fhulufhelo Nemangwele,Xueqing Liu,Xinguo Ma
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:9 (10): e2402265-e2402265 被引量:3
标识
DOI:10.1002/smtd.202402265
摘要

In the fields of new energy and environmental protection, the development of highly efficient, low-cost, eco-friendly, and stable photoelectrocatalysts has drawn significant interest. Inspired by the high redox potential of S-scheme heterojunctions and the structural advantage of all-solid-state Z-scheme junctions, a novel all-solid-state S-scheme heterojunction TiO2/Cu/MoSi2N4 nanorod (NR) array is designed and prepared using hydrothermal and magnetron sputtering methods. Under the synergistic effect of the built-in electric field, high redox potential, and conductive Cu medium, light absorption is extended to the visible-light region, and the separation and transfer efficiencies of the photogenerated carriers are significantly improved. As a result, under > 420 nm visible-light irradiation, the photocurrent density is enhanced by 2.91 times to -18.24 mA cm-2 at -1.39 V versus reversible hydrogen electrode, and the surface photovoltage is also increased by 7.77 times. Furthermore, the photoelectrochemical (PEC) H2 evolution rate of TiO2/Cu/MoSi2N4 is improved to 1.76 µmol cm-2 h-1 and exhibits robust stability. The enhancement mechanism of the PEC performance is systematically explored by combining the experimental results with first-principles calculations. The findings indicate that the construction of an all-solid-state S-scheme heterojunction is a promising strategy to improve PEC performance and can be applied to other photoelectrocatalysts.
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