Fast Interfacial Carrier Dynamics Modulated by Bidirectional Charge Transport Channels in ZnIn2S4‐based Composite Photoanodes Probed by Scanning Photoelectrochemical Microscopy

材料科学 纳米技术 半导体 扫描电子显微镜 载流子 分解水 电极 复合数 光电子学 化学物理 化学 光催化 复合材料 生物化学 物理化学 催化作用
作者
Shengya Zhang,Peiyao Du,Hui Xiao,Ze Wang,Rongfang Zhang,Wei Luo,Juan An,Yuling Gao,Bingzhang Lu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (3): e202315763-e202315763 被引量:25
标识
DOI:10.1002/anie.202315763
摘要

Abstract Limited charge separation/transport efficiency remains the primary obstacle of achieving satisfying photoelectrochemical (PEC) water splitting performance. Therefore, it is essential to develop diverse interfacial engineering strategies to mitigate charge recombination. Despite obvious progress having been made, most works only considered a single‐side modulation in either the electrons of conduction band or the holes of valence band in a semiconductor photoanode, leading to a limited PEC performance enhancement. Beyond this conventional thinking, we developed a novel coupling modification strategy to achieve a composite electrode with bidirectional carrier transport for a better charge separation, in which Ti 2 C 3 T x MXene quantum dots (MQDs) and α‐Fe 2 O 3 nanodots (FO) are anchored on the surface of ZnIn 2 S 4 (ZIS) nanoplates, resulting in markedly improved PEC water splitting of pure ZIS photoanode. Systematic studies indicated that the bidirectional charge transfer pathways were stimulated due to MQDs as “electron extractor” and S−O bonds as carriers transport channels, which synergistically favors significantly enhanced charge separation. The enhanced kinetic behavior at the FO/MQDs/ZIS interfaces was systematically and quantitatively evaluated by a series of methods, especially scanning photoelectrochemical microscopy. This work may deepen our understanding of interfacial charge separation, and provide valuable guidance for the rational design and fabrication of high‐performance composite electrodes.
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