NiSe2 Cocatalyst-Modified WO3 for Efficient Photoelectrochemical Water Splitting

作者
Amit Kumar Nayak,Deewan S. Teja,Sthitapragyan Patnaik,Bhabani S. Mallik,Debabrata Pradhan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (30): 41955-41969
标识
DOI:10.1021/acsami.6c07146
摘要

Photoanodes that can absorb sufficient visible light, separate photogenerated charge carriers efficiently, and transport them quickly to the surface remain the primary obstacles to achieving high-efficiency water splitting. Herein, a NiSe2 nanoparticle-cocatalyst-modified WO3 is demonstrated as a photoanode with outstanding photoelectrochemical (PEC) water splitting performance, owing to a heterojunction between the WO3 semiconductor and metallic NiSe2. With an optimal NiSe2 loading, the WO3/NiSe2 photoanode exhibits a photocurrent density of 1.66 mA cm-2 at 1.23 V versus RHE under irradiation, surpassing the performance of the pristine WO3 photoanode by over seven-fold. The superior PEC performance of WO3/NiSe2 is ascribed to improved charge-carrier transfer at the electrode/electrolyte interface and enhanced charge-carrier separation and migration resulting from the heterojunction, as corroborated by experimental data and density functional theory (DFT) calculations. The DFT study shows a lower Gibbs free energy change for the potential-determining step (*O → *OOH) on the WO3/NiSe2 heterostructure, as compared to WO3, suggesting efficient oxygen evolution reaction activity and consequently enhanced water splitting performance. Additionally, the hybrid catalyst exhibits an excellent Faradaic efficiency of 94.4% for hydrogen generation and notable structural stability. This work outlines a simple technique for achieving the desired cocatalyst/semiconductor coupling toward highly efficient solar water splitting.
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