Visible-light photocatalysis and charge carrier dynamics of elemental crystalline red phosphorus

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作者
Lin Jing,Ruixue Zhu,Yun Hau Ng,Zhuofeng Hu,Wey Yang Teoh,David Lee Phillips,Jimmy C. Yu
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:153 (2) 被引量:13
标识
DOI:10.1063/5.0013142
摘要

Elemental red phosphorus (red P) is a new class of photocatalysts with a desirable bandgap of ∼1.7 eV and has a strong visible-light response. Here, we show that the efficiency of red P is limited by severe electron trapping at deep traps that are intrinsic to the different crystal facets of the red P. To overcome this, we synthesized the red P/RGO (reduced graphene oxide) composite in a one-step ampoule chemical vapor deposition synthesis that formed a conducive interface between the red P photocatalyst and the RGO acceptor for efficient interfacial charge transport. As substantiated through photoelectrochemical characterization and ultrafast (femtoseconds) transient absorption spectroscopy, the interfacing with RGO provided a rapid pathway for the photocharges in red P to be interfacially separated, thereby circumventing the slower the charge trapping process. As a result, up to a sevenfold increase in the photocatalytic hydrogen production rate (apparent quantum yield = 3.1% at 650 nm) was obtained for the red P/RGO relative to the pristine red P.

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