Enhanced Surface Reaction Kinetics and Charge Separation of p–n Heterojunction Co3O4/BiVO4 Photoanodes

光电流 异质结 化学 动力学 载流子 化学工程 电极 催化作用 分解水 表面电荷 材料科学 光催化 化学物理 光电子学 物理化学 工程类 物理 量子力学 生物化学
作者
Xiaoxia Chang,Tuo Wang,Peng Zhang,Jijie Zhang,Ang Li,Jinlong Gong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:137 (26): 8356-8359 被引量:898
标识
DOI:10.1021/jacs.5b04186
摘要

Surface reaction kinetics and bulk charge separation are both critical to the efficiency of solar water splitting. In addition to the well-documented surface catalytic effect, the promotion of bulk charge separation upon loading of cocatalysts has rarely been reported. This paper describes the synergetic enhancement of surface reaction kinetics and bulk charge separation by introducing discrete nanoisland p-type Co3O4 cocatalysts onto n-type BiVO4, forming a p-n Co3O4/BiVO4 heterojunction with an internal electric field to facilitate charge transport. Being highly dispersed on the surface of photoanodes, the nanoisland cocatalysts could suppress the formation of recombination centers at the photoanode/cocatalyst interface. This cocatalyst-loading method achieved a charge separation efficiency of up to 77% in the bulk and 47% on the surface of catalysts. An AM 1.5G photocurrent of 2.71 mA/cm(2) at 1.23 V versus the reversible hydrogen electrode for water oxidation was obtained, which is the highest photocurrent yet reported for Co-catalyzed undoped BiVO4 photoanodes, with a photoconversion efficiency of 0.659%.
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