Hierarchical metastable γ-TaON hollow structures for efficient visible-light water splitting

材料科学 光催化 光电流 分解水 可见光谱 化学工程 纳米结构 纳米技术 正交晶系 单斜晶系 晶体结构 光电子学 结晶学 有机化学 化学 催化作用 冶金 工程类
作者
Zheng Wang,Jungang Hou,Chao Yang,Shuqiang Jiao,Kai Huang,Hongmin Zhu
出处
期刊:Energy and Environmental Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:6 (7): 2134-2134 被引量:111
标识
DOI:10.1039/c3ee24370b
摘要

Hierarchical tantalum-based oxide and (oxy)nitride with hollow urchin-like nanostructures have been synthesized for the first time by an in situ self-assembly wet-chemical route in addition with post-thermal nitridation. Notably, a single-phase metastable γ-TaON with hollow urchin-like spheres among the tantalum (oxy)nitrides was obtained during the phase transformation process from an orthorhombic Ta2O5 to a typical monoclinic β-TaON, corresponding the order of phase formation: Ta2O5 → γ-TaON → β-TaON → Ta3N5. The combined effect of the crystal and electronic structures and hierarchical morphology on the tunable photocatalytic and photoelectrochemical performances of the tantalum-based photocatalysts was systematically investigated. Efficient photocatalytic hydrogen production as high as 381.6 μmol h−1 with an apparent quantum efficiency of 9.5% under 420 nm irradiation (about 47.5 times higher than that of the conventional TaON) was achieved over this metastable γ-TaON architecture. Furthermore, the hierarchical γ-TaON photoanode exhibited a photocurrent density of ∼1.4 mA cm−2 at 0.8 V vs. SCE in Na2SO4 solution under visible light irradiation. This excellent photocatalytic activity is ascribed to the unique urchin-like nanostructure with large specific surface area, the metastable crystal structure and appropriate electronic structure as well as the efficient charge carrier separation.
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