Near-Infrared-Active Periodic Plasmonic Heterostructures Enable High-Efficiency Photoelectrochemical Hydrogen Production

等离子体子 材料科学 异质结 光电流 光电子学 贵金属 表面等离子共振 能量转换效率 分解水 光电效应 纳米颗粒 纳米技术 光催化 化学 金属 催化作用 冶金 生物化学
作者
Guoqiang Liu,Yuan Yang,Yi Li,Chao-Gang Wang,Chao Gu,Liang Wu,Jun Hu,Junfa Zhu,Shu‐Hong Yu
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:35 (15): 5822-5831 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.3c00369
摘要

Plasmon-mediated photoelectrocatalysis has been regarded as a promising avenue to boost solar energy conversion. However, the major problem of most plasmonic nanostructures is that they rely heavily on expensive noble metals (such as Au and Ag), along with the localization of their surface plasmon resonance (SPR) in the spatial distribution, which limits the improvement of photoelectrochemical performance and hinders their practical application. Here, we design a near-infrared (NIR) light-active periodic plasmonic heterostructure composed of semimetallic Bi nanoparticles and Bi3(SenTe1–n)2 ternary alloy nanowires, which are able to extend the light absorption range and utilize the SPR effect more efficiently. Compare to noble metals, metallic Bi can excite the SPR effect in the whole ultraviolet-to-NIR range. The periodic heterostructure can alleviate the localization of the SPR and then improve the charge transfer and redox kinetics through the efficient utilization of local electromagnetic fields and photothermal heating. In consequence, the photoanode achieves an incident photon-to-current conversion efficiency of 22% at 800 nm and a photocurrent density of 13.8 mA cm–2 at 0.85 VRHE under visible light without any cocatalysts.
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