A p-n-p Configuration Based on the Cuprous Oxide/Silicon Tandem Photocathode for Accelerating Solar-Driven Hydrogen Evolution

光电阴极 材料科学 串联 光电流 氧化物 分解水 光电子学 制氢 纳米技术 光催化 电子 冶金 复合材料 有机化学 催化作用 化学 物理 量子力学 生物化学
作者
Yongjian Jia,Yangyang Cheng,Yadi Zhang,Jiangping Ma
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (19): 25551-25558 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.4c02382
摘要

Photoelectrochemical splitting of water into hydrogen is a potential route to motivate the application of solar-driven conversion to clean energy but is regularly limited by its low efficiency. The key to addressing this issue is to design a suitable photocathode configuration for high-efficiency photogenerated carrier separation and transmission to photocathode-surface reaction sites. In this work, we report a Si-Cu2O tandem photocathode featuring a p-n-p configuration for solar-driven hydrogen evolution in an alkaline solution. Driven by this built-in field, the electrons induced from Si were transferred through FeOOH, which acted as electron tunnels, to combine with the holes from Cu2O, triggering more electrons generated from Cu2O to particiate in the surface reaction. Under simulated sunlight, the optimized photocathode achieved and maintained a photocurrent density of -11 mA/cm2 at 0 VRHE in alkaline conditions for 120 min, outperforming the reported tandem cell consisting of Si and Cu2O photocathodes. Our results provide valuable insight into a feasible way to construct an optimized photocathode for efficient solar-driven H2 evolution.
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