Regulating the hole transfer from CuWO4 photoanode to NiWO4 electrocatalyst for enhanced water oxidation performance

电催化剂 光电流 异质结 材料科学 化学工程 光电子学 化学 电极 电化学 物理化学 工程类
作者
Liya Fan,Jaka Sunarso,Xiao Zhang,Xianqiang Xiong,He Li,Lixia Luo,Fangling Wang,Ziwei Fan,Chenglin Wu,Deman Han,Ngie Hing Wong,Yong Wang,Guihua Chen,Wei Chen
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:47 (46): 20153-20165 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.04.148
摘要

The electrocatalyst coupling with CuWO4 has resulted in a comparable or worse performance when compared to the bare CuWO4. This work attempts to address this challenge by coupling CuWO4 with NiWO4 electrocatalyst that can form a Type-II heterojunction with a suitable energy-level alignment allowing for effective hole transfer from CuWO4 to NiWO4 electrocatalyst. We applied thermal annealing to the WO3 nanoplates by adding Cu(NO3)2 and Ni(NO3)2 precursors to obtain the CuWO4/NiWO4 composite with common anions. A high surface-to-volume ratio, perfect interface lattice match, suitable energy level alignment, and high electrocatalytic activity were exhibited in the composite. These characteristics led to a 100 mV negative shift on the onset potential compared to the pure CuWO4 photoanode. Moreover, it featured a 0.7-fold higher photocurrent density than that of the pure CuWO4 photoanode. Only 9% of photocurrent density decreased after 4 h of photo-irradiation, demonstrating excellent photostability. Our mechanism study demonstrated that NiWO4 could act as a semiconductor to form a Type-II heterojunction with CuWO4, promoting hole transfer from the CuWO4 valence band to the NiWO4. Meanwhile, the NiWO4 effectively injects the separated holes into the water solution as a promising electrocatalyst, thus enhancing the overall water splitting performance. This work provides an important design consideration by focusing on the corrected level alignment and lattice match for developing the CuWO4/electrocatalyst system to work effectively.
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