Ultrathin layer TAFC on BiVO4 with ligand-to-metal charge transfer enhances built-in electric field for boosting photoelectrochemical water oxidation

电场 材料科学 Boosting(机器学习) 金属 电荷(物理) 配体(生物化学) 图层(电子) 化学 纳米技术 光电子学 计算机科学 有机化学 受体 机器学习 生物化学 物理 量子力学
作者
Hongcheng Huang,Zimu Zhang,Wenhui Xie,Ben Fan,Cheng Wu,Ronghua Jiang,Jun Huang,Boge Zhang,Yanping Hou,Zebin Yu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:668: 551-564 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.04.190
摘要

To reveal the mechanism of charge transfer between interfaces of BiVO4-based heterogeneous materials in photoelectrochemical water splitting system, the cocatalyst was grown in situ using tannic acid (TA) as a ligand and Fe and Co ions as metal centers (TAFC), and then uniformly and ultra-thinly coated on BiVO4 to form photoanodes. The results show that the BiVO4/TAFC achieves a superior photocurrent density (4.97 mA cm−2 at 1.23 VRHE). The charge separation and charge injection efficiencies were also significantly higher, 82.0 % and 78.9 %, respectively From XPS, UPS, KPFM, and density functional theory calculations, Ligand-to-metal charge transfer (LMCT) acts as an electron transport highway in TAFC ultrathin layer to promote the concentration of electrons towards metal center, leading to an increase in the work function, which enhances the built-in electric field and further improves the charge transport. This study demonstrated that the LMCT pathway on TA-metal complexes enhances the built-in electric field in TAFC/BiVO4 to promote charge transport and thus enhance water oxidation, providing a new understanding of the performance improvement mechanism for the surface-modified composite photoanodes.

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