Boosting photoelectrochemical performance of CuFeO2/CuO photocathode by modulating heterojunction architecture and oxygen vacancies

异质结 材料科学 光电流 退火(玻璃) 光催化 光电子学 氧气 纳米技术 化学 催化作用 生物化学 有机化学 复合材料
作者
Ruiping Li,Shui‐Miao Yu,Zong‐Yan Zhao
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:640: 158392-158392 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.158392
摘要

This study aims to enhance the PEC properties of CuFeO2 nanosheets by constructing closely bonded CuFeO2/CuO heterostructures. CuO crystal-structured films were prepared using the sol-gel spin-coating method, wherein the annealing temperature was varied to modulate the content of oxygen vacancies. Compared to pristine CuFeO2 and two tandem architectures, the CuFeO2@VO-CuO core-shell architecture outperformed by yielding a photocurrent density of 68 μA/cm2, which marks an almost 8.5, 1.36 and 2.27 times enhancement. Experimental results verified solid atomic-level contact bonding at the CuFeO2@VO-CuO junction, thereby augmenting overall efficiency. Through the optimized fabrication process of the CuFeO2@VO-CuO core-shell heterostructure, carrier concentration and transport and electron-hole pair separation saw substantial improvement, further boosting its PEC performance. Critically, the presence of oxygen vacancies in the CuFeO2@VO-CuO heterostructure played a pivotal role. Oxygen vacancies eliminated potential traps for captured electrons at the interface and suppressed the formation of unoccupied interface states, reducing recombination of photogenerated electron-hole pairs. Moreover, oxygen vacancies facilitated conduction band alignment, promoting efficient separation and rapid transfer of photogenerated electron-hole pairs. In conclusion, the CuFeO2@VO-CuO core-shell heterostructure achieves efficient separation and transfer of photogenerated electron-hole pairs while effectively suppressing recombination, thanks to the synergy between the interfacial electric field and oxygen vacancies.
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