Phthalocyanine Grafting Strategy Induces Strong Intrinsic Electric Fields and Molecule‐Edge Carrier Transport Pathways for Photoelectrochemical Water Splitting

分解水 材料科学 载流子 电场 半导体 阳极 纳米技术 化学物理 光电子学 酞菁 偶极子 电极 化学 催化作用 物理化学 有机化学 光催化 物理 量子力学
作者
Wei Luo,Hui Xiao,Shengya Zhang,Ze Wang,Rongfang Zhang,Jianbin Xue,Yanjun Feng,Bingzhang Lu,Peiyao Du,Xiaoquan Lu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202504589
摘要

Limited charge separation, slow charge mobility, and high electron‐hole recombination rates remain critical challenges impeding the efficiency of photoelectrochemical (PEC) water splitting. More regrettably, the charge transfer pathways within bulk charge transport are not yet fully understood, and the development of effective strategies to design these pathways remains a significant challenge. Herein, by optimizing the anchoring sites of small molecular ligands, we developed a molecularly functionalized layer, 4‐ethyl‐carbazole copper phthalocyanine (4EtCz‐Pc), which is characterized by a strong dipole moment, a large internal electric field, and surprisingly positive electrostatic potential at the edge. When integrated in conjunction with the oxygen evolution cocatalyst (OEC) and the semiconductor photoanode BiVO4 (BVO), it forms a Co(OH)2/4EtCz‐Pc/BiVO4 composite photoanode system. This innovative photoanode demonstrates an exceptional performance with continuous output for a duration of 15 hours. Additionally, a variety of advanced characterization methods, especially scanning photoelectrochemical microscopy (SPECM) analyses, confirmed that 4EtCz‐Pc significantly reduces the energy barrier for hole injection from the anode to the active layer during PEC catalysis. This study proposes an effective strategy to optimize the ligands grafted onto phthalocyanine, generating a strong internal electric field that facilitates the formation of new charge transport pathways within the photoanode.
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