Hydrogen-substituted graphdiyne encapsulated cuprous oxide photocathode for efficient and stable photoelectrochemical water reduction

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作者
Xue Zhou,Baihe Fu,Linjuan Li,Zheng Tian,Xiankui Xu,Zihao Wu,Jing Yang,Zhonghai Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:27
标识
DOI:10.1038/s41467-022-33445-z
摘要

Photoelectrochemical (PEC) water splitting is an appealing approach for "green" hydrogen generation. The natural p-type semiconductor of Cu2O is one of the most promising photocathode candidates for direct hydrogen generation. However, the Cu2O-based photocathodes still suffer severe self-photo-corrosion and fast surface electron-hole recombination issues. Herein, we propose a facile in-situ encapsulation strategy to protect Cu2O with hydrogen-substituted graphdiyne (HsGDY) and promote water reduction performance. The HsGDY encapsulated Cu2O nanowires (HsGDY@Cu2O NWs) photocathode demonstrates a high photocurrent density of -12.88 mA cm-2 at 0 V versus the reversible hydrogen electrode under 1 sun illumination, approaching to the theoretical value of Cu2O. The HsGDY@Cu2O NWs photocathode as well as presents excellent stability and contributes an impressive hydrogen generation rate of 218.2 ± 11.3 μmol h-1cm-2, which value has been further magnified to 861.1 ± 24.8 μmol h-1cm-2 under illumination of concentrated solar light. The in-situ encapsulation strategy opens an avenue for rational design photocathodes for efficient and stable PEC water reduction.
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