Photo‐driven Oxygen Vacancies Extends Charge Carrier Lifetime for Efficient Solar Water Splitting

光电流 覆盖层 载流子 半导体 重组 氧气 异质结 分解水 材料科学 电子 载流子寿命 光电子学 电荷(物理) 化学 化学物理 光催化 原子物理学 物理化学 物理 催化作用 生物化学 有机化学 量子力学 基因
作者
Mao Sun,Rui‐Ting Gao,Jinlu He,Xianhu Liu,Tomohiko Nakajima,En‐Hou Han,Lei Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (32): 17601-17607 被引量:95
标识
DOI:10.1002/anie.202104754
摘要

Abstract A photocharge/discharge strategy is proposed to initiate the WO 3 photoelectrode and suppress the main charge recombination, which remarkably improves the photoelectrochemical (PEC) performance. The photocharged WO 3 surrounded by a 8–10 nm overlayer and oxygen vacancies could be operated more than 25 cycles with 50 h durability without significant decay on PEC activity. A photocharged WO 3 /CuO photoanode exhibits an outstanding photocurrent of 3.2 mA cm −2 at 1.23 V RHE with a low onset potential of 0.6 V RHE , which is one of the best performances of p‐n heterojunction structure. Using nonadiabatic molecular dynamics combined with time‐domain DFT, we clarify the prolonged charge carrier lifetime of photocharged WO 3 , as well as how electronic systems of photocharged WO 3 /CuO semiconductors enable the effective photoinduced electrons transfer from WO 3 into CuO. This work provides a feasible route to address excessive defects existed in photoelectrodes without causing extra recombination.

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