Bi2S3 Nanoparticles on Bi2MoO6 Nanorods for Applications as Fast-Response Self-Powered Photoelectrochemical Photodetector and Water Splitting

纳米棒 光探测 异质结 分解水 材料科学 响应度 光电子学 光电探测器 半导体 纳米颗粒 纳米技术 光催化 催化作用 化学 生物化学
作者
P.G. Shao,Nan Ma,Jinhong Liu,Wen Dong,Yanqing Ge,Le Jia,H. J. Song,Hongze Zhao,C. Y. Lu,Yixuan Zhou,Xinlong Xu
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (17): 20523-20535
标识
DOI:10.1021/acsanm.4c03505
摘要

The rational design of a semiconductor heterostructure plays a crucial role in achieving high-performance photoelectrochemical (PEC) applications, such as photodetectors and water splitting due to the diverse functions of the heterointerface in light absorption, corrosion protection, and carrier transportation. Herein, we propose an approach by fully attaching Bi2S3 nanoparticles onto Bi2MoO6 nanorods to fabricate a photoanode for efficient self-powered PEC photodetection and water splitting. This photoanode exhibits remarkable responsivity (11.50 mA/W), rapid response time (200 μs), excellent photon-to-electron conversion efficiency (32.02%), and long-term stability (30,000 s) even without an external bias voltage. These enhancements can be attributed to effective charge separation, unique nanostructural morphology, and an enhanced light capture ability. Leveraging these advantages, the Bi2S3/Bi2MoO6 heterostructure demonstrates an exceptionally high, stable, and bias-free PEC hydrogen evolution rate of 418.95 μmol/cm2/h, surpassing that of both pure Bi2S3 and Bi2MoO6 by factors of 249.38 and 55.38, respectively. Furthermore, compared to previously reported Bi2MoO6-related heterostructures, the Bi2S3/Bi2MoO6 heterostructure exhibits superior PEC catalytic performance.

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