Photothermal-Effect-Enhanced Photoelectrochemical Water Splitting in MXene-Nanosheet-Modified ZnO Nanorod Arrays

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作者
Xiaoyu Xie,Ru Wang,Yi Ma,Jinping Chen,Qiannan Cui,Zengliang Shi,Zhiyong Li,Chunxiang Xu
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (8): 11150-11159 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsanm.2c02302
摘要

Engineering semiconductor photoelectrodes with excellent photogenerated charge separation and transportation capabilities is of great practical interest for efficient photoelectrochemical (PEC) water splitting. Herein, MXene nanosheets as a bifunctional surface modifier were grafted onto ZnO nanorod arrays for enhanced PEC water oxidation performance. As a hole transfer material, the MXene nanosheets combine with ZnO nanorods to construct a heterojunction for restraining the recombination of photogenerated charges and boosting charge separation. Furthermore, as a photothermal material, the MXene nanosheets can produce a lot of heat for elevating the surface temperature of photoanodes in situ under extra near-infrared (NIR) irradiation, thus accelerating the charge transfer and improving the oxygen evolution reaction kinetics. As a result, the photocurrent density, durability, bulk charge separation, and surface charge injection efficiency of the ZnO/MXene-NIR photoanode outperform significantly those of pure ZnO photoanodes. This proof-of-concept work may shed light on the development of advanced semiconductor-based composite materials with the synergy of the photoelectric and photothermal effects for solar energy conversion.
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