Carbon dots enhance the interface electron transfer and photoelectrochemical kinetics in TiO2 photoanode

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作者
Yidong Han,Jie Wu,Yi Li,Xiaoqing Gu,Tiwei He,Yu Zhao,Hui Huang,Yang Liu,Zhenhui Kang
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:304: 120983-120983 被引量:121
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120983
摘要

Photoelectrochemical (PEC) water splitting is one of the most promising strategies to turn solar energy into chemical fuels. The low efficiency of photo-generated charge separation caused by fast electron-hole recombination is regarded as a challenge that hinders the further improvement of TiO2 photoanode performance in PEC cells. Here, the nitrogen-doped carbon dots (N-CDs) anchored TiO2 photoanodes were fabricated by one-step hydrothermal method. The in-situ transient photovoltage (TPV) technology shows that electron-trap effect is formed in TiO2 photoanode due to the existence of N-CDs. Meanwhile, the enhancement of photo-generated charge separation efficiency was proven as the charge extraction of TiO2 is promoted by ~160% after anchoring N-CDs. Besides, N-CDs increase the conductivity of TiO2 photoanode and promote the efficiency of photo-generated charge transfer. In addition, the impedance of TiO2 photoanode and its interface are reduced by ~ 34% and ~ 66%, respectively. Under AM 1.5G light intensity and 1.23 V vs. RHE, the highest photocurrent densities of TiO2/N-CDs (TNCD-15 mg) is 3.09 mA cm−2 in 1.0 M NaOH, which is ~ 3.22 times as high as that of the primitive TiO2. This work explains the mechanism of anchoring N-CDs to improve PEC performance through in-situ characterization, which provides a new idea for PEC material design to achieve higher PEC performances.
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