Increasing the Efficiency of Photocatalytic Water Splitting via Introducing Intermediate Bands

分解水 光催化 过电位 光催化分解水 带隙 兴奋剂 材料科学 光电子学 纳米技术 化学 物理化学 催化作用 电化学 电极 生物化学
作者
Xinbo Ma,Wenjun Chu,Youxi Wang,Zhenyu Li,Jinlong Yang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (3): 779-784 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c03221
摘要

Photocatalytic water splitting is a potential way to utilize solar energy. To be practically useful, it is important to have a high solar-to-hydrogen (STH) efficiency. In this study, we propose a conceptually new photocatalytic water splitting model based on intermediate bands (IBs). In this new model, introducing IBs within the band gap can significantly increase the STH efficiency limit (from 30.7% to 48.1% without an overpotential and from 13.4% to 36.2% with overpotentials) compared to that in conventional single-band gap photocatalytic water splitting. First-principles calculations indicate that N-doped TiO2, Bi-doped TiO2, and P-doped ZnO have suitable IBs that can be used to construct IB photocatalytic water splitting systems. The STH efficiency limits of these three doped systems are 10.0%, 12.0%, and 19.0%, respectively, while those of pristine TiO2 and ZnO without IB are only 0.9% and 1.6%, respectively. The IB photocatalytic water splitting model proposed in this study opens a new avenue for photocatalytic water splitting design.

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