Bi-functional ferroelectric BiFeO 3 passivated BiVO 4 photoanode for efficient and stable solar water oxidation

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作者
Jiale Xie,Chunxian Guo,Pingping Yang,Xiaodeng Wang,Dingyu Liu,Chang Ming Li
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:31: 28-36 被引量:172
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2016.10.048
摘要

Abstract Photoelectrochemical (PEC) devices have become one of the most attractive clean energies due to its potential high efficiency and simplicity but it is very challenging to make a highly efficient and stable practical device. Up to date, BiVO4 as the most promising ternary metal-oxide photoanode can only achieve a photocurrent of no more than 1.0 mA cm−2, which is far below its theoretical value (7.5 mA cm−2), and is mainly caused by its high charge recombination from defects and sluggish water oxidation kinetics. Herein we fabricate a BiVO4/ferroelectric BiFeO3 composite photoanode by a surface passivation approach to greatly enhance photocurrent by ~4.4 times plus ~400 mV negative shift of the onset potential than the plain BiVO4. BiVO4/BiFeO3 also greatly decreases charge recombination rate from 17 s−1 to 0.6 s−1 in comparison to the plain BiVO4 by ~28 times. The PEC performance of BiVO4/BiFeO3 can also be manipulated based on the direction of self-polarization in BiFeO3. Moreover, BiVO4/BiFeO3 shows much better stability than that of the BiVO4 as well as BiVO4/Co-Pi. It is discovered that the PEC performance enhancement mechanism is attributed to the BiFeO3 passivation for a bifunctional film as a buffer layer to significantly reduce charge recombination while as an efficient catalyst to boost charge separation/transfer.
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