Tuning and transferring slow photons from TiO2 photonic crystals to BiVO4 nanoparticles for unprecedented visible light photocatalysis

光催化 光子 可见光谱 材料科学 光子晶体 光子学 光电子学 带隙 纳米颗粒 反向 光学 纳米技术 物理 化学 催化作用 生物化学 数学 几何学
作者
Thomas Lourdu Madanu,Sébastien R. Mouchet,Olivier Deparis,Jing Liu,Yu Li,Bao‐Lian Su
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:634: 290-299 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.12.033
摘要

Periodic structures with alternating refractive indices such as inverse opal photonic crystals are capable of reducing the group velocity of light such that this slowed light can be more efficiently harvested for highly enhanced solar energy conversion. However, the generation, the manipulation and, in particular, the practical applications of these slow photons remain highly challenging. Here, we report the first proof of concept on the ability to control, in an inverse opal TiO2-BiVO4 hetero-composite, the transfer of slow photons generated from the inverse opal photonic structure to the photocatalytically active BiVO4 nanoparticles for highly enhanced visible light photoconversion. Tuning the slow photon frequencies, in order to accommodate the electronic band gap of BiVO4 for slow photon transfer and for significantly improved light harvesting, was successfully achieved by varying the structural periodicity (pore size) of inverse opal and the light incidence angle. The photocatalytic activity of BiVO4 in all inverse opal structures, promoted by slow photon effect, reached up to 7 times higher than those in the non-structured compact films. This work opens new avenues for the practical utilization of slow photon effect under visible light in photocatalytic energy-related applications like water splitting and carbon dioxide reduction and in photovoltaics.
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