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 计算化学 物理化学 生物化学 光催化 催化作用
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 [American Chemical Society]
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
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
adb完成签到,获得积分20
刚刚
orixero应助小白采纳,获得10
刚刚
鱼儿乐园完成签到 ,获得积分10
1秒前
1秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
1秒前
Jbiolover应助刘蕊采纳,获得10
1秒前
嘎嘣脆完成签到 ,获得积分10
2秒前
3秒前
王一帆发布了新的文献求助10
3秒前
谢小盟应助刘奇采纳,获得10
3秒前
风云鱼发布了新的文献求助10
4秒前
专注怜寒发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
wangf发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
7秒前
7秒前
7秒前
酷波er应助舒心盼曼采纳,获得30
7秒前
一蓑烟雨任完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
小二郎应助flyinme采纳,获得10
8秒前
trap完成签到,获得积分10
8秒前
9秒前
ZoeChoo完成签到,获得积分10
10秒前
852应助ffff采纳,获得10
10秒前
10秒前
yyauthor发布了新的文献求助10
11秒前
Hopeful发布了新的文献求助10
12秒前
顾矜应助重要的莫茗采纳,获得10
13秒前
mo发布了新的文献求助10
13秒前
13秒前
小蘑菇应助dounai采纳,获得10
13秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
16秒前
跳跃的白云完成签到,获得积分10
16秒前
17秒前
蓝天发布了新的文献求助10
18秒前
guyutang发布了新的文献求助10
18秒前
19秒前
重要的莫茗完成签到,获得积分10
21秒前
高分求助中
2025-2031全球及中国金刚石触媒粉行业研究及十五五规划分析报告 40000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Introduction to strong mixing conditions volume 1-3 5000
Ägyptische Geschichte der 21.–30. Dynastie 2500
Clinical Microbiology Procedures Handbook, Multi-Volume, 5th Edition 2000
„Semitische Wissenschaften“? 1510
从k到英国情人 1500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5743404
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 5413822
关于积分的说明 15347458
捐赠科研通 4884191
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2625636
邀请新用户注册赠送积分活动 1574492
关于科研通互助平台的介绍 1531400