Dual‐Axial Gradient Doping (Zr and Sn) on Hematite for Promoting Charge Separation in Photoelectrochemical Water Splitting

纳米棒 光电流 兴奋剂 分解水 材料科学 赤铁矿 载流子 光电子学 纳米技术 分析化学(期刊) 光催化 化学 色谱法 生物化学 催化作用 冶金
作者
Dong Chen,Zhifeng Liu
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:11 (19): 3438-3448 被引量:141
标识
DOI:10.1002/cssc.201801614
摘要

Abstract One of the crucial challenges to enhance the photoelectrochemical water‐splitting performance of hematite (α‐Fe 2 O 3 ) is to resolve its very fast charge recombination in bulk. Herein, we describe the design and fabrication of dual‐axial gradient‐doping on 1D Fe 2 O 3 nanorod arrays with Zr doping for x ‐axial and Sn doping for y ‐axial directions to promote the charge separation. This dual‐axial gradient‐doping structure fulfills the requirements of a greater electron‐carrier concentration for increasing conductivity as well as a higher charge‐separation efficiency across the dual‐axial direction of Fe 2 O 3 nanorods, ultimately showing an excellent photocurrent density of 1.64 mA cm −2 at 1.23 V vs. RHE, which is 26.3 times more than that of the bare Fe 2 O 3 . Furthermore, the remarkably improved photocurrent density, when comparing the uniform Zr‐doped Fe 2 O 3 nanorod arrays (1.0 mA cm −2 at 1.23 V vs. RHE) with dual‐axial gradient‐doped (Zr and Sn) Fe 2 O 3 nanorod arrays, highlights the additional charge‐separation effect resulting from gradient codoping of Zr and Sn. Hence, this promising design may provide guidelines for dual‐axial gradient doping into photoelectrodes to realize efficient PEC water splitting.
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