A multifunctional biphasic water splitting catalyst tailored for integration with high-performance semiconductor photoanodes

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作者
Jinhui Yang,Jason K. Cooper,Francesca M. Toma,Karl Walczak,Marco Favaro,Jeffrey W. Beeman,Lucas H. Hess,Cheng Wang,Chenhui Zhu,Sheraz Gul,Junko Yano,Christian Kisielowski,Adam Schwartzberg,Ian D. Sharp
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:16 (3): 335-341 被引量:227
标识
DOI:10.1038/nmat4794
摘要

Artificial photosystems are advanced by the development of conformal catalytic materials that promote desired chemical transformations, while also maintaining stability and minimizing parasitic light absorption for integration on surfaces of semiconductor light absorbers. Here, we demonstrate that multifunctional, nanoscale catalysts that enable high-performance photoelectrochemical energy conversion can be engineered by plasma-enhanced atomic layer deposition. The collective properties of tailored Co3O4/Co(OH)2 thin films simultaneously provide high activity for water splitting, permit efficient interfacial charge transport from semiconductor substrates, and enhance durability of chemically sensitive interfaces. These films comprise compact and continuous nanocrystalline Co3O4 spinel that is impervious to phase transformation and impermeable to ions, thereby providing effective protection of the underlying substrate. Moreover, a secondary phase of structurally disordered and chemically labile Co(OH)2 is introduced to ensure a high concentration of catalytically active sites. Application of this coating to photovoltaic p+n-Si junctions yields best reported performance characteristics for crystalline Si photoanodes. In photosynthesis the oxidation of water is a requirement for providing sufficient protons and electrons for fuel formation. A biphasic water splitting catalyst tailored for integration with high-performance semiconductor photoanodes is now reported.
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