High‐performance Photoelectrochemical Hydrogen Production Using Asymmetric Quantum Dots

材料科学 光电流 制氢 量子点 异质结 光电子学 氧化物 分解水 吸收(声学) 纳米技术 化学工程 光催化 催化作用 冶金 复合材料 有机化学 生物化学 化学 工程类
作者
Kanghong Wang,Chao Wang,Tao Yi,Zikun Tang,Daniele Benetti,François Vidal,Yu Liu,Mark H. Rümmeli,Haiguang Zhao,Federico Rosei,Xuhui Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (29) 被引量:20
标识
DOI:10.1002/adfm.202400580
摘要

Abstract Solar‐driven photoelectrochemical (PEC) reactions using colloidal quantum dots (QDs) as photoabsorbers have shown great potential for the production of clean fuels. However, the low H2 evolution rate, consistent with low values of photocurrent density, and their limited operational stability are still the main obstacles. To address these challenges, the heterostructure engineering of asymmetric capsule‐shaped CdSe/CdxZn1‐xSe QDs with broad absorption and efficient charge extraction compared to pure‐shell QDs is reported. By engineering the shell composition from pure ZnSe shells into CdxZn1‐xSe gradient shells, the electron transfer rate increased from 4.0 × 107 s −1 to 32.7 × 107 s −1 . Moreover, the capsule‐shaped architecture enables more efficient spatial carrier separation, yielding a saturated current density of average of 25.4 mA cm −2 under AM 1.5 G one sun illumination. This value is the highest ever observed for QDs‐based devices and comparable to the best‐known Si‐based devices, perovskite‐based devices, and metal oxide‐based devices. Furthermore, PEC devices based on heterostructured QDs maintained 96% of the initial current density after 2 h and 82% after 10 h under continuous illumination, respectively. The results represent a breakthrough in hydrogen production using heterostructured asymmetric QDs.
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