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Tuning of internal electric field and diffusion distance boosting the charge separation for photocatalytic electricity generation

光催化 掺杂剂 材料科学 载流子 电场 兴奋剂 摩擦电效应 电化学 光电子学 发电 化学工程 电极 化学 有机化学 催化作用 复合材料 工程类 物理化学 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Xiufei Zhao,Xiaowen Liu,Wuhui Chen,Canjun Liu,Jingxi Zhang,Lei Zhang,Hu Zhou,Zenghui Mao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:471: 144628-144628 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.144628
摘要

Solar-light driven electricity generation from organic molecule oxidation emerges as a green technology for energy conversion and sewage recycling. However, low charge separation efficiency severely restricts the photocatalytic electricity generation and photooxidation. Herein, we introduce a novel monolayered Sb-BiOCl nanosheets fabricated via injecting Sb ions and hydrophobic chains of cetyltrimethylammonium (CTA+) for photocatalytic electricity generation. By visible light irradiation and addition of organic molecule fuel to artificially construct the photo fuel cell system, the BiOCl with 10% Sb dopant converts electricity with 3.9-fold increase compared to the bulk BiOCl. The enhanced electrical output is primarily attributed to their efficient charge separation facilitated by the boosted internal electric field (IEF) and reduced diffusion distance. DFT calculation and electrochemical test demonstrate that the nonuniform charge distribution between [Bi2O2] and [Cl] slices resulting from the electron donor Sb doping contributes to 92-fold increase of IEF parallel to [0 1 0] zone. Significantly, the shortened transport channel of charge carriers further promotes the photogenerated charge anisotropic separation. This work proves that the cooperative effect of IEF and diffusion distance tuning can boost the charge separation of photocatalysts, which offers a useful strategy for constructing effective solar-light driven electricity generation system.

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