Incorporation of Sulfate Anions and Sulfur Vacancies in ZnIn2S4 Photoanode for Enhanced Photoelectrochemical Water Splitting

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作者
Weiwei Xu,Wenchao Gao,Linxing Meng,Wei Tian,Liang Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (26) 被引量:128
标识
DOI:10.1002/aenm.202101181
摘要

Abstract Severe charge recombination and slow surface water oxidation kinetics seriously limit the practical application of ZnIn 2 S 4 photoanodes for photoelectrochemical water splitting. Herein, an in situ strategy to introduce sulfate (SO 4 2− ) anions and controlled bulk sulfur vacancies (S v ) into a ZnIn 2 S 4 photoanode is developed, and its PEC performance is remarkably enhanced, achieving a photocurrent density of 3.52 mA cm −2 at 1.23 V versus reversible hydrogen electrode ( V RHE ) and negatively shifted onset potential of 0.01 V RHE in phosphate buffer without a sacrificial agent under AM 1.5G illumination. The experimental characterizations and density functional theory calculations reveal that the SO 4 2− groups enhance the oxygen evolution reaction kinetics, while bulk S v improves the bulk carrier separation. The remarkable bulk carrier separation efficiency of 75.01% and surface carrier injection efficiency of 79.69% are achieved at 1.23 V RHE . This work provides a new route to design efficient photoanodes by the simultaneous manipulation of metal‐free anions and sulfur vacancies.
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