Enhanced Water Oxidation of Hematite Photoanodes via Localized n‐p Homojunctions Induced by Gradient Zn2+ Doping

材料科学 赤铁矿 兴奋剂 化学工程 光电子学 纳米技术 冶金 工程类
作者
Hai‐Chao Wang,Hua‐Min Li,Tao Yang,Jun‐Wei Ji,Xin‐Zheng Yue,Qingchao Liu,Shasha Yi,Yongfa Zhu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (45) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/adfm.202406545
摘要

Abstract Constructing an internal electric field (IEF) within the hematite (Fe 2 O 3 ) photoanode for highly efficient water oxidation performance with facilitated charge transfer and separation remains still a significant challenge. Unlike the conventional approach of creating interfacial electric fields through heterojunction design by introducing another semiconductor, a novel strategy is proposed for engineering localized n‐p homojunctions on the surface of Fe 2 O 3 photoanode using gradient Zn 2+ doping strategy. By implementing this approach, the inherent n‐type characteristics of Fe 2 O 3 can be transformed into p‐type, thereby facilitating the formation of an n‐p junction with robust IEF, which enables more efficient charge separation and transfer. Additionally, the gradient Zn 2+ doping is accompanied by the generation of oxygen vacancies, which further improves the charge transfer efficiency and accelerates water oxidation kinetics. As expected, the photocurrent density of optimized Fe 2 O 3 photoanode at 1.23 V versus reversible hydrogen electrode is ≈2.6‐fold that of Fe 2 O 3 . This work provides a novel perspective on the design of localized n‐p homojunction within photoanodes for achieving high solar energy conversion efficiency.
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