A Photo‐Assisted Zinc–Air Battery with MoS2/Oxygen Vacancies Rich TiO2 Heterojunction Photocathode

异质结 材料科学 光电阴极 阴极 光电子学 载流子 析氧 氧气 电池(电) 电极 电化学 纳米技术 电子 化学 物理 功率(物理) 物理化学 有机化学 量子力学
作者
Yongjian Wu,Yi Ding,Mengyu Chen,Hui Zhang,Yu Jing,Tongtong Jiang,Mingzai Wu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (52): e2408627-e2408627 被引量:8
标识
DOI:10.1002/smll.202408627
摘要

Converting solar energy into electrochemical energy is a sustainable strategy, but the design of photo-assisted zinc-air battery (ZAB) with efficient utilization of sunlight faces huge challenges. Herein, a photo-assisted ZAB of a three-electrode system using MoS2/oxygen vacancies-rich TiO2 heterojunction as charge cathode and Fe, N-doped carbon matrix (FeNC) as discharge cathode is constructed, where MoS2 is chosen as solar light-responsive catalytic material and TiO2 acts as electron transport layer and hole blocking layer, arising from a train of thought for efficient charging under sunlight irradiation and light-independent discharging. The introduction of oxygen vacancies in TiO2 facilitates the temporary trapping of carriers and triggers rapid carrier transfer at the interface of the heterojunction, which hinders the recombination of photogenerated holes, thereby facilitating their further participation in the oxygen evolution reaction. Moreover, FeNC exhibits superior oxygen reduction reaction performance due to strong d-π interactions. As a result, the well-built ZABs deliver a low charge voltage (0.71 V) under illumination at 0.1 mA cm-2, and a high power density (167.6 mW cm-2) in dark. This work paves a special way for the development of ZABs by directly harvesting solar energy in charging and efficiently discharging regardless of lighting conditions.
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