Carbon Nanotubes as a Solid-State Electron Mediator for Visible-Light-Driven Z-Scheme Overall Water Splitting

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作者
Lihua Lin,Yiwen Ma,Nobuyuki Zettsu,Junie Jhon M. Vequizo,Chen Gu,Akira Yamakata,Takashi Hisatomi,Tsuyoshi Takata,Kazunari Domen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (21): 14829-14834 被引量:54
标识
DOI:10.1021/jacs.4c03437
摘要

So-called Z-scheme systems, which typically comprise an H2 evolution photocatalyst (HEP), an O2 evolution photocatalyst (OEP), and an electron mediator, represent a promising approach to solar hydrogen production via photocatalytic overall water splitting (OWS). The electron mediator transferring photogenerated charges between the HEP and OEP governs the performance of such systems. However, existing electron mediators suffer from low stability, corrosiveness to the photocatalysts, and parasitic light absorption. In the present work, carbon nanotubes (CNTs) were shown to function as an effective solid-state electron mediator in a Z-scheme OWS system. Based on the high stability and good charge transfer characteristics of CNTs, this system exhibited superior OWS performance compared with other systems using more common electron mediators. The as-constructed system evolved stoichiometric amounts of H2 and O2 at near-ambient pressure with a solar-to-hydrogen energy conversion efficiency of 0.15%. The OWS reaction was also promoted in the case that this CNT-based Z-scheme system was immobilized on a substrate. Hence, CNTs are a viable electron mediator material for large-scale Z-scheme OWS systems.
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