Gradient tungsten-doped Bi3TiNbO9 ferroelectric photocatalysts with additional built-in electric field for efficient overall water splitting

材料科学 铁电性 电场 兴奋剂 极化(电化学) 光催化 各向异性 载流子 光电子学 分解水 电介质 光学 化学 物理 物理化学 催化作用 冶金 量子力学 生物化学
作者
Jie Huang,Yuyang Kang,Jianan Liu,Tingting Yao,Jianhang Qiu,Peipei Du,Biaohong Huang,Weijin Hu,Yan Liang,Tengfeng Xie,Chunlin Chen,Lichang Yin,Lianzhou Wang,Hui‐Ming Cheng,Gang Liu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:39
标识
DOI:10.1038/s41467-023-43837-4
摘要

Bi3TiNbO9, a layered ferroelectric photocatalyst, exhibits great potential for overall water splitting through efficient intralayer separation of photogenerated carriers motivated by a depolarization field along the in-plane a-axis. However, the poor interlayer transport of carriers along the out-of-plane c-axis, caused by the significant potential barrier between layers, leads to a high probability of carrier recombination and consequently results in low photocatalytic activity. Here, we have developed an efficient photocatalyst consisting of Bi3TiNbO9 nanosheets with a gradient tungsten (W) doping along the c-axis. This results in the generation of an additional electric field along the c-axis and simultaneously enhances the magnitude of depolarization field within the layers along the a-axis due to strengthened structural distortion. The combination of the built-in field along the c-axis and polarization along the a-axis can effectively facilitate the anisotropic migration of photogenerated electrons and holes to the basal {001} surface and lateral {110} surface of the nanosheets, respectively, enabling desirable spatial separation of carriers. Hence, the W-doped Bi3TiNbO9 ferroelectric photocatalyst with Rh/Cr2O3 cocatalyst achieves an efficient and durable overall water splitting feature, thereby providing an effective pathway for designing excellent layered ferroelectric photocatalysts.
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