Advancing Hematite Photoanodes for Photoelectrochemical Water Splitting: The Impact of g‐C3N4 Supported Ni‐CoP on Photogenerated Hole Dynamics

分解水 材料科学 赤铁矿 光电化学 纳米技术 光催化 物理化学 催化作用 电化学 冶金 化学 生物化学 电极
作者
Mengya Yang,Louise I. Oldham,Mátyás Dabóczi,Yasmine Baghdadi,Junyi Cui,Daniele Benetti,Weilin Zhang,James R. Durrant,Anna Hankin,Salvador Eslava
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (29) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/aenm.202401298
摘要

Abstract The increasing demand for clean hydrogen necessitates the rapid development of efficient photoanodes to catalyze the water oxidation half‐reaction effectively. Here a strategy is introduced to fabricate photoanodes that synergistically combine and leverage the properties of porous Ti‐doped hematite (Ti‐Fe 2 O 3 ) and graphitic carbon nitride (g‐C 3 N 4 ) nanosheets anchored with in situ grown Ni‐doped CoP co‐catalyst (Ni‐CoP). The resulting hybrid photoanodes exhibit >7 times higher photocurrent density at +1.23 V RHE compared with Ti‐Fe 2 O 3 photoanodes. Comprehensive characterization techniques, including ambient photoemission spectroscopy, intensity‐modulated photocurrent spectroscopy, and transient absorption spectroscopy complementarily reveal the key impact of g‐C 3 N 4 in these composites with enhanced solar oxygen evolution reaction: The incorporation of g‐C 3 N 4 leads to enhanced charge separation through a type‐II heterojunction, thereby increasing the hole flux at the surface, and extending the charge carrier lifetime to the ms‐s range needed for water oxidation. Additionally, g‐C 3 N 4 facilitates efficient transfer of photogenerated holes to the fine Ni‐CoP nanoparticles confined in the graphitic matrix for a boosted oxygen evolution reaction. These findings highlight the advantages of complex heterostructure photoanodes and demonstrate a new application of g‐C 3 N 4 as a multifunctional support of co‐catalysts for future photoanodes with enhanced performance.
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