Modulating Oxygen Vacancies in Lead Chromate for Photoelectrocatalytic Water Splitting

材料科学 氧气 光电流 半导体 光催化 析氧 分解水 钝化 退火(玻璃) 纳米技术 光化学 光电子学 化学 电极 冶金 催化作用 物理化学 生物化学 有机化学 电化学 图层(电子)
作者
Hongpeng Zhou,Deyun Zhang,Huichen Xie,Yang Liu,Caixia Meng,Pengfei Zhang,Fengtao Fan,Rengui Li,Can Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (29): e2300914-e2300914 被引量:59
标识
DOI:10.1002/adma.202300914
摘要

Abstract Although modulating oxygen vacancies in semiconductors has attracted broad interest in photocatalysis and photoelectrocatalysis, identifying the intrinsic roles of oxygen vacancies on photoelectrocatalytic properties is often elusive. In this work, the oxygen vacancies in a typical semiconductor lead chromate (PbCrO 4 ) are regulated via controlling the oxygen chemical potentials of O‐poor and O‐rich post‐annealing atmospheres. Oxygen vacancies identified in PbCrO 4 can introduce electronically shallow energy levels and deep energy levels owing to the symmetry difference of oxygen atoms in the structure. A higher population of deep energy levels created under O‐poor atmosphere induces the formation of more surface trapped states, resulting in a higher photovoltage for charge separation. Meanwhile, the existence of surface trapped states can significantly improve the charge injection efficiency of the PbCrO 4 photoanode and enhance the water oxidation activity. By modulating oxygen vacancies in the PbCrO 4 photoanode, a photocurrent density of 3.43 mA cm −2 at 1.23 V vs reversible hydrogen electrode (RHE) under simulated AM1.5G is acheived. Further passivation of surface trapped states and introducing the water oxidation cocatalyst CoPi lead to a record applied bias photon‐to‐current efficiency (ABPE) of 1.12%. This work provides a guide to understand the mechanism of oxygen vacancies in oxide‐based semiconductor photocatalysis and photoelectrocatalysis.
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