Interfacial [S─Cu─C] Bonds Induced π‐d Electron Coupling Toward Modulating Charge Transfer for Efficient Solar Water Oxidation

离域电子 光电流 材料科学 化学物理 电子转移 密度泛函理论 电解质 电子 电场 分解水 电荷密度 电极 光化学 光电子学 化学 物理化学 计算化学 物理 量子力学 生物化学 催化作用 有机化学 光催化
作者
Cheng Wang,Kun‐Peng Wang,Shengdong Sun,Yuqiao Wang,Yongxiang Wang,Shikuo Li
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202407319
摘要

Abstract Regulating the interfacial electric field to achieve rapid charge transfer is crucial for superior photoelectrochemical water splitting. Herein, the ultra‐thin hydrogen‐substituted graphdiyne (HsGDY) is precisely assembled on the surface of CdS nanorod array (Cu‐CdS‐HsGDY) by an in situ polymerization strategy. The strong π‐d electron coupling is aroused by the delocalized π electrons of HsGDY and the delocalized d electrons of CdS through the interfacial [S─Cu─C] bonds. The strong interfacial electric field can effectively promote the charge localization distribution and reduce the charge transfer resistance. The optimized Cu‐CdS‐HsGDY photoanode obtain a photocurrent density as high as 4.83 mA cm −2 at 1.23 V versus reversible hydrogen electrode in neutral electrolyte solution under AM 1.5G illumination, which is 6.8 times that of the pristine CdS. Moreover, the photoanode maintains an initial photocurrent density of 84% within 4 h without any assistance of sacrificial agents, which is a rather competitive performance of similar sulfide photoanodes. The mechanism of strong π‐d electron coupling on interfacial charge transfer and surface reaction kinetics is investigated by transient spectroscopy measurements, density functional theory calculation, and finite element simulation analysis. This work provides new insights into designing a reasonable interface structure to regulate charge transfer for achieve efficient PEC water splitting.
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