Type-II Band Alignment Enhances Unassisted Photoelectrochemical Water-Splitting Performance of the BaTiO3/CdS Ferroelectric Heterostructure Photoanode under Solar Light Irradiation

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作者
Tianci Fang,Hong Hu,Jie Liu,Meng Jiang,Sibo Zhou,Junli Fu,Wenzhong Wang,Yuping Yang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:125 (34): 18734-18742 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.1c05639
摘要

Here, we first use CdS nanoparticles to sensitize ferroelectric BaTiO3 nanostructures to construct the BaTiO3/CdS heterostructure photoanodes by a facile hydrothermal method and subsequent successive ionic layer adsorption and reaction. Combining the measurements of the valence band and core-level X-ray photoelectron spectroscopy spectra with energy band calculation, the type-II energy structure established at the BaTiO3 and CdS interface is confirmed. Benefiting from the type-II band alignment of the heterostructures, the spontaneous polarization electric field induced by BaTiO3, and the remarkable visible light absorption ability of CdS, the as-prepared BaTiO3/CdS heterostructure photoanode exhibits significantly improved and stable photoelectrochemical water-splitting activity. The highest photocurrent density of the constructed BaTiO3/CdS heterostructure photoanode with optimized CdS nanoparticle loading reaches up to 0.5 mA cm–2 at 0 V versus Ag/AgCl, which is about 12-fold that of the pure BaTiO3 photoanode. Additionally, the solar-to-hydrogen conversion efficiency of the BaTiO3/CdS heterostructure photoanode is 0.48% at 0.13 V versus reversible hydrogen electrode, 24-fold that of the bare BaTiO3 photoanode. In contrast with the photoelectrochemical performance of the other reported BaTiO3-based heterostructure photoanodes, the photocurrent density (0 V versus Ag/AgCl) and the solar-to-hydrogen conversion efficiency (0.13 V versus reversible hydrogen electrode) achieved by the present BaTiO3/CdS photoanode are the highest.
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