Patterning p‐Type and n‐Type BiVO 4 for Solar‐Driven Water Splitting

材料科学 分解水 载流子 光电子学 基质(水族馆) 光催化 半导体 氧化锡 单斜晶系 电荷(物理) 四方晶系 光催化分解水 图层(电子) 纳米技术 氧化铟锡 耗尽区 重组 化学物理 接受者 表面电荷 氧化物 化学计量学 氢 工作职能 纳米棒 可见光谱 锡 析氧 表面光电压
作者
Yufei Du,Honglei Zhu,Jia Wei,Mengchen Song,Xingchen Fan,Chao Zhen,Gang Liu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.71670
摘要

ABSTRACT Photocatalytic water splitting is primarily hindered by recombination of photoexcited charge carriers and the co‐occurrence of surface reverse reactions. Heterostructured photocatalysts with directional, efficient Z‐scheme charge transfer are therefore highly desirable to spatially separate photoexcited carriers for efficient overall water splitting. Herein, a patterned BiVO 4 photoactive film consisting of alternating stripes of p‐type tetragonal zircon BiVO 4 (t‐BVO) and n‐type monoclinic scheelite BiVO 4 (m‐BVO) was fabricated on a fluorine‐doped tin oxide (FTO) conductive substrate via photolithography. The FTO layer mediates efficient Z‐scheme charge transfer between neighboring stripes, directing photogenerated electrons and holes to the t‐BVO and m‐BVO stripes, respectively. This spatial separation suppresses detrimental charge recombination and reverse reactions. Consequently, Rh@CrO x and MnO x co‐catalysts are selectively photodeposited onto the t‐BVO and m‐BVO stripes to facilitate hydrogen and oxygen evolution. Under full‐spectrum irradiation, the patterned panel achieves stoichiometric overall water splitting (H 2 /O 2 ≈ 2:1), producing 1.77 mmol·m −2 H 2 and 0.84 mmol·m −2 O 2 within 1 h—a fourfold enhancement over the unpatterned control. This work demonstrates that ordered semiconductors patterning is an effective strategy to steer charge separation and boost photocatalytic performance.
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