General and Robust Photothermal‐Heating‐Enabled High‐Efficiency Photoelectrochemical Water Splitting

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作者
Bing He,Songru Jia,Mingyang Zhao,Yang Wang,Tao Chen,Shiqiang Zhao,Zhen Li,Zhiqun Lin,Yanli Zhao,Xueqin Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (16): e2004406-e2004406 被引量:200
标识
DOI:10.1002/adma.202004406
摘要

The ability of photoanodes to simultaneously tailor light absorption, charge separation, and water oxidation processes represents an important endeavor toward highly efficient photoelectrochemical (PEC) water splitting. Here, a robust strategy is reported to render markedly improved PEC water splitting via sandwiching a photothermal Co3 O4 layer between a BiVO4 photoanode film and an FeOOH/NiOOH electrocatalyst sheet. The deposited Co3 O4 layer manifests compelling photothermal effect upon near-infrared irradiation and raises the temperature of the photoanodes in situ, leading to extended light absorption, enhanced charge transfer, and accelerated water oxidation kinetics simultaneously. The judiciously designed NiOOH/FeOOH/Co3 O4 /BiVO4 photoanode renders a superior photocurrent density of 6.34 mA cm-2 at 1.23 V versus a reversible reference electrode (VRHE ) with outstanding applied bias photon-to-current efficiency of 2.72% at 0.6 VRHE . In addition to the metal oxide, a wide variety of metal sulfides, nitrides, and phosphides (e.g., CoS, CoN, and CoP) can be exploited as the heaters to yield high-performance BiVO4 -based photoanodes. Apart from BiVO4 , other metal oxides (e.g., Fe2 O3 and TiO2 ) can also be covered by photothermal materials to impart significantly promoted water splitting. This simple yet general strategy provides a unique platform to capitalize on their photothermal characteristics to engineer high-performing energy conversion and storage materials and devices.
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