Mesoporous Ultrathin In2O3 Nanosheet Cocatalysts on a Silicon Nanowire Photoanode for Efficient Photoelectrochemical Water Splitting

材料科学 分解水 纳米片 纳米线 介孔材料 硅纳米线 光电子学 硅 纳米技术 化学工程 光催化 催化作用 生物化学 工程类 化学
作者
Guangyuan Yan,Yutao Dong,Tong Wu,Shuming Xing,Xudong Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (44): 52912-52920 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsami.1c14865
摘要

Vertical Si nanowire (NW) arrays are a promising photoanode material in the photoelectrochemical (PEC) water splitting field because of their highly efficient light absorption capability and large surface areas for PEC reactions. However, Si NW arrays always suffer from high overpotential, low photocurrent density, and low applied bias photon-to-current efficiency (ABPE) due to their low surface catalytic activity and intense charge recombination. Here, we report an efficient oxygen evolution cocatalyst of optically transparent, mesoporous ultrathin (2.47 nm thick) In2O3 nanosheets, which are coupled on the top of Si NW arrays. Combined with a conformal TiO2 thin film as an intermediate protective layer, this Si NW/TiO2/In2O3 (2.47 nm) heterostructured photoanode exhibited an extremely low onset potential of 0.6 V vs reversible hydrogen electrode (RHE). The Si NW/TiO2/In2O3 (2.47 nm) photoanode also showed a high photocurrent density of 27 mA cm-2 at 1.23 V vs RHE, more than 1 order of magnitude higher than that of the Si NW/TiO2 photoanodes. This improvement in solar water splitting performance was attributed to the significantly promoted charge injection efficiency as a result of the In2O3 nanosheet coupling. This work presents a promising pathway for developing efficient Si-based photoanodes by coupling ultrathin 2D cocatalysts.
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