2D Ti3C2 MXene interfaced ZnO/WO3 thin film nanostructures towards improved photoelectrochemical water splitting

异质结 光电流 材料科学 纳米晶 光电子学 光催化 溅射沉积 纳米结构 纳米技术 分解水 化学工程 薄膜 溅射 化学 生物化学 工程类 催化作用
作者
Adem Sreedhar,Qui Thanh Hoai Ta,Jin‐Seo Noh
出处
期刊:Journal of Electroanalytical Chemistry [Elsevier]
卷期号:940: 117509-117509 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.jelechem.2023.117509
摘要

We explored the morphology evolution approach for sustained photoelectrochemical (PEC) water splitting by developing dual heterojunction. Herein, novel ZnO/WO3/Ti3C2 photoelectrode has been developed for the first time by the integration of flake-like ZnO, nanocrystal featured WO3, and layer-structured two-dimensional (2D) Ti3C2 MXene morphologies towards PEC activity under simulated solar light. By adjusting the radio frequency (RF) magnetron sputtering and post-annealing, flake-like/nanocrystals featured ZnO/WO3 heterostructure observed with uniform growth of WO3 nanocrystals over the flake-like ZnO. Further, efficient integration of layer-structured 2D Ti3C2 MXene on ZnO/WO3 was provided through spin-coating. Utilizing robust surface interface between ZnO, WO3, and Ti3C2, optical transmittance and band gap have been modified. Accordingly, ZnO/WO3/Ti3C2 improved the photocurrent generation about 1.4 × 10−3 A/cm2 compared to pure ZnO (7.8 × 10−4 A/cm2) and ZnO/WO3 (1.1 × 10−3 A/cm2) at +0.4 V. These findings further provided a photoconversion efficiency of 1.16 % by the ZnO/WO3/Ti3C2 at +0.4 V. The PEC studies proved that electrically conductive Ti3C2 MXene can significantly separate the charge carriers from ZnO/WO3. On the other hand, this morphology-induced architecture proved sustainable surface interaction with KOH electrolyte than Na2SO3 and Na2SO4 media. Overall, the above developments suggest a robust interface in ZnO/WO3/Ti3C2 under controlled surface morphology and PEC water splitting activity.
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