Enhanced and stable photoelectrochemical H2 production using a engineered nano multijunction with Cu2O photocathode

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作者
Shankara S. Kalanur,Young Jae Lee,Hyungtak Seo
出处
期刊:Materials Today Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:26: 101031-101031 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.mtchem.2022.101031
摘要

Cuprous oxide (Cu2O) is one of the ideal photocathodes explored for solar water splitting applications due to its suitable optical properties and band edge positions. However, state-of-the-art Cu2O employs Au back contact for hole extraction and Pt or Ru catalyst for water reduction reactions. Moreover, photo-corrosion of Cu2O during the AM 1.5 G illumination is one of the serious challenges that limit the efficiency of water splitting reactions. In this work, a multijunction strategy in which the Cu2O is sandwiched between the stoichiometrically engineered hole extraction layer and an efficient, non-toxic MoOx catalyst layer is proposed for the enhanced charge separation and stable H2 production activity. The optimized multijunction system exhibits the highest photocurrent of 6.1 mA cm−2 at 0 V vs RHE reported for noble metal-free Cu2O photocathodes. Furthermore, a significant anodic shift in onset potential was noticed. In the multijunction, the tuned layers of NiOx, aluminum-doped zinc oxide, and MoOx act as hole scavenger, electron tunneler, and H2 catalyst, respectively. Importantly, the proposed nanolayers multijunction system demonstrates the effective utilization of noble metal and sulfide-free components for stable and enhanced H2 productions employing Cu2O photocathodes.
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