Enhanced Solar Water Oxidation Performance of TiO2 via Band Edge Engineering: A Tale of Sulfur Doping and Earth-Abundant CZTS Nanoparticles Sensitization

捷克先令 材料科学 兴奋剂 光电流 带隙 介电谱 掺杂剂 密度泛函理论 纳米颗粒 光电子学 分解水 纳米技术 纳米棒 可见光谱 能量转换效率 电化学 化学 电极 催化作用 物理化学 计算化学 光催化 生物化学
作者
Mahesh P. Suryawanshi,Uma V. Ghorpade,Seung Wook Shin,Myeng Gil Gang,Xiaoming Wang,Hyunwoong Park,Soon Hyung Kang,Jin Hyeok Kim
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:7 (12): 8077-8089 被引量:48
标识
DOI:10.1021/acscatal.7b02102
摘要

We report the rational design and fabrication of earth-abundant, visible-light-absorbing Cu2ZnSnS4 (CZTS) nanoparticle (NP) in situ sensitized S doped TiO2 nanoarchitectures for high-efficiency solar water splitting. Our systematic studies reveal that these nanoarchitectures significantly enhance the visible-light photoactivity in comparison to that of TiO2, S doped TiO2, and CZTS NP sensitized TiO2. Detailed photoelectrochemical (PEC) studies demonstrate an unprecedented enhancement in the photocurrent density and incident photon to electron conversion efficiency (IPCE). This enhancement is attributed to the significantly improved visible-light absorption and more efficient charge separation and transfer/transport, resulting from the synergistic influence of CZTS NP sensitization and S doping, which were confirmed by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Moreover, density functional theory (DFT) calculations supported by the experimental evidence revealed that the gradient S dopant concentration along the depth direction of TiO2 nanorods led to the band gap grading from ∼2.3 to 2.7 eV. This S gradient doping introduced a terraced band structure via upshift of the valence band (VB), which provides channels for easy hole transport from the VB of S-doped TiO2 to the VB of CZTS and thereby enhances the charge transport properties of the CZTS/S-TNR photoanode. This work demonstrates the rational design and fabrication of nanoarchitectures via band edge engineering to improve the PEC performance using simultaneous earth-abundant CZTS NP sensitization and S doping. This work also provides useful insight into the further development of different nanoarchitectures using similar combinations for energy-harvesting-related applications.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
今晚打老虎完成签到 ,获得积分10
1秒前
2秒前
大气的以寒完成签到,获得积分10
2秒前
故意的烨磊完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
3秒前
小二郎应助123采纳,获得10
4秒前
jjjjjjj完成签到,获得积分10
4秒前
欢呼雨兰发布了新的文献求助10
6秒前
lxxlxxlxx完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
文艺不凡发布了新的文献求助10
6秒前
冯志华发布了新的文献求助10
8秒前
11秒前
11秒前
nn发布了新的文献求助10
14秒前
冯志华完成签到,获得积分10
15秒前
16秒前
啦啦啦发布了新的文献求助10
17秒前
无花果应助感性的靖仇采纳,获得10
19秒前
9C完成签到 ,获得积分10
19秒前
shinian完成签到 ,获得积分10
21秒前
23秒前
chelsea完成签到,获得积分10
23秒前
冷静石头完成签到,获得积分10
23秒前
25秒前
11发布了新的文献求助10
26秒前
28秒前
薰硝壤应助nn采纳,获得10
29秒前
13654135090完成签到,获得积分10
30秒前
十年完成签到 ,获得积分10
32秒前
CINDY完成签到,获得积分10
32秒前
碧蓝的冰绿完成签到,获得积分10
33秒前
33秒前
烂漫秀发完成签到 ,获得积分10
34秒前
35秒前
36秒前
小怪兽完成签到,获得积分10
37秒前
tuotuo发布了新的文献求助200
37秒前
高分求助中
The Oxford Handbook of Social Cognition (Second Edition, 2024) 1050
The Young builders of New china : the visit of the delegation of the WFDY to the Chinese People's Republic 1000
юрские динозавры восточного забайкалья 800
English Wealden Fossils 700
Chen Hansheng: China’s Last Romantic Revolutionary 500
Mantiden: Faszinierende Lauerjäger Faszinierende Lauerjäger 500
PraxisRatgeber: Mantiden: Faszinierende Lauerjäger 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3141332
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2792381
关于积分的说明 7802238
捐赠科研通 2448574
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1302618
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 626650
版权声明 601237