Boosting photoelectrochemical efficiency by near-infrared-active lattice-matched morphological heterojunctions

异质结 材料科学 能量转换效率 光电子学 纳米结构 紫外线 红外线的 三元运算 纳米技术 光学 物理 计算机科学 程序设计语言
作者
Guoqiang Liu,Yuan Yang,Yi Li,Tao‐Tao Zhuang,Xufeng Li,Joshua Wicks,Jie Tian,Min‐Rui Gao,Jinlan Peng,Huanxin Ju,Liang Wu,Yun‐Xiang Pan,Lu‐An Shi,Haiming Zhu,Junfa Zhu,Shu‐Hong Yu,Edward H. Sargent
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:40
标识
DOI:10.1038/s41467-021-24569-9
摘要

Abstract Photoelectrochemical catalysis is an attractive way to provide direct hydrogen production from solar energy. However, solar conversion efficiencies are hindered by the fact that light harvesting has so far been of limited efficiency in the near-infrared region as compared to that in the visible and ultraviolet regions. Here we introduce near-infrared-active photoanodes that feature lattice-matched morphological hetero-nanostructures, a strategy that improves energy conversion efficiency by increasing light-harvesting spectral range and charge separation efficiency simultaneously. Specifically, we demonstrate a near-infrared-active morphological heterojunction comprised of BiSeTe ternary alloy nanotubes and ultrathin nanosheets. The heterojunction’s hierarchical nanostructure separates charges at the lattice-matched interface of the two morphological components, preventing further carrier recombination. As a result, the photoanodes achieve an incident photon-to-current conversion efficiency of 36% at 800 nm in an electrolyte solution containing hole scavengers without a co-catalyst.
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