Protecting and Enhancing the Photoelectrocatalytic Performance of InGaN Nanowires toward Nitrogen Reduction to Ammonia Synthesis

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作者
Paulraj Gnanasekar,P. Karthik,Huafan Zhang,Mathan Kumar Eswaran,Rakesh Rosan Pradhan,Udo Schwingenschlögl,Tien Khee Ng,Qiaoqiang Gan,K. Jeganathan,Kuo‐Wei Huang,Boon S. Ooi
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (21): 10784-10793
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c01277
摘要

The photoelectrochemical (PEC) reduction of nitrogen (N2) to ammonia (NH3) has emerged as a potential alternative to the conventional Haber–Bosch approach as the solar energy-driven process reduces energy consumption. In this work, PEC N2 reduction is demonstrated with indium gallium nitride (InGaN) nanowires deposited with molybdenum carbide (Mo2C) co-catalyst. Interestingly, the incorporation of a GaN buffer layer between InGaN and Mo2C forms a suitable band alignment for rapid photogenerated charge carrier separation for the N2 reduction reaction (NRR). Impressively, a maximum NH3 production yield and Faradaic efficiency of 7.93 μg·h–1·cm–2 and 15.39%, respectively, is achieved at −0.2 V vs the reversible hydrogen electrode with the unique band structure of the Mo2C/GaN/InGaN photoelectrode. Density functional theory calculations reveal the favorable Gibbs free energy and efficient charge transfer process of the unique band structure of Mo2C/GaN/InGaN for effective NRR.
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