Decoration of BiVO4 Photoanodes with Near-Infrared Quantum Dots for Boosted Photoelectrochemical Water Oxidation

材料科学 光电流 量子点 分解水 光电子学 吸收(声学) 载流子 半导体 可见光谱 纳米技术 光催化 催化作用 化学 生物化学 复合材料
作者
Mengke Cai,Xin Li,Hongyang Zhao,Cheng Liu,Yimin You,Feng Lin,Xin Tong,Zhiming M. Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (42): 50046-50056 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acsami.1c15973
摘要

Broadening light absorption and improving charge carrier separation are very critical to boost the water splitting efficiency in photoelectrochemical (PEC) systems. We herein reported a heterostructured photoanode consisting of BiVO 4 and eco-friendly, near-infrared (NIR) [email protected] core–shell quantum dots (QDs) for PEC water oxidation. The decoration of core–shell QDs concurrently extends the absorption range of BiVO 4 from the ultraviolet–visible to NIR region and promotes the effective separation and transfer of photo-excited electrons and holes. Without any sacrificial agents and co-catalysts, the as-fabricated NIR core–shell QDs/BiVO 4 heterostructured photoanodes exhibit an approximately fourfold higher photocurrent density than that of the bare BiVO 4, up to 3.17 mA cm –2 at 1.23 V versus the reversible hydrogen electrode. It is revealed that both a suitable band alignment and an intimate interfacial junction between QDs and BiVO 4 are the main factors that result in enhanced charge separation and transfer efficiencies. We also highlight that the NIR CISeS QDs passivated with a ZnS shell can suppress the non-radiative recombination and enhance the stability of the QD photoanodes for optimized PEC performance. This work provides a facile and effective approach to boost the water oxidation efficiency of semiconductor photoanodes via utilizing NIR core–shell QDs as a light sensitizer and charge carrier separator.

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