A Photoresponsive Rutile TiO2 Heterojunction with Enhanced Electron–Hole Separation for High‐Performance Hydrogen Evolution

金红石 材料科学 光催化 异质结 化学工程 电子 光电子学 光化学 纳米技术 催化作用 有机化学 量子力学 工程类 物理 化学
作者
Chaomin Gao,Tao Wei,Yanyan Zhang,Xiaohan Song,Yu Huan,Hong Liu,Mingwen Zhao,Jinghua Yu,Xiaodong Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:31 (8): e1806596-e1806596 被引量:329
标识
DOI:10.1002/adma.201806596
摘要

Abstract Rutile titanium dioxide (TiO 2 ) is a promising photocatalyst due to its high thermodynamic stability and few intragrain defects. However, it has not yet achieved photocatalytic activity comparable to that of anatase TiO 2 owing to its higher recombination rate of electron–hole pairs. To effectively separate the electron–hole pairs in rutile TiO 2 , a facet heterojunction (FH) structure to prolong the lifetime of the photogenerated electrons is proposed. Ultrathin TiO 2 nanosheets with different facets are coated in situ onto TiO 2 nanorod (NR) substrates, where FHs are built among the nanosheets as well as between the nanosheets and NR substrates. The as‐prepared rutile TiO 2 , with an FH structure (FH‐TiO 2 ), serves as an effective photocatalyst for water splitting. More than 45 and 18 times higher photogenerated current density and H 2 production rate, respectively, are obtained compared to those of pure rutile TiO 2 NRs. Moreover, FH‐TiO 2 delivers a 0.566 mmol g −1 h −1 H 2 production rate even in pure water. This study offers important insights into the rational design of rutile TiO 2 structures for highly efficient photocatalytic reactions.

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