Boosting Photoelectrochemical Water Oxidation of Hematite in Acidic Electrolytes by Surface State Modification

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作者
Pengyi Tang,Lijuan Han,Franziska Simone Hegner,Paul Paciok,Martí Biset‐Peiró,Hongchu Du,Xian‐Kui Wei,Lei Jin,Haibing Xie,Qin Shi,Teresa Andreu,Mónica Lira‐Cantú,Marc Heggen,Rafal E. Dunin‐Borkowski,Núria López,José Ramón Galán‐Mascarós,J.R. Morante,Jordi Arbiol
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (34) 被引量:106
标识
DOI:10.1002/aenm.201901836
摘要

Abstract State‐of‐the‐art water‐oxidation catalysts (WOCs) in acidic electrolytes usually contain expensive noble metals such as ruthenium and iridium. However, they too expensive to be implemented broadly in semiconductor photoanodes for photoelectrochemical (PEC) water splitting devices. Here, an Earth‐abundant CoFe Prussian blue analogue (CoFe‐PBA) is incorporated with core–shell Fe 2 O 3 /Fe 2 TiO 5 type II heterojunction nanowires as composite photoanodes for PEC water splitting. Those deliver a high photocurrent of 1.25 mA cm −2 at 1.23 V versus reversible reference electrode in acidic electrolytes (pH = 1). The enhancement arises from the synergic behavior between the successive decoration of the hematite surface with nanolayers of Fe 2 TiO 5 and then, CoFe‐PBA. The underlying physical mechanism of performance enhancement through formation of the Fe 2 O 3 /Fe 2 TiO 5 /CoFe‐PBA heterostructure reveals that the surface states’ electronic levels of hematite are modified such that an interfacial charge transfer becomes kinetically favorable. These findings open new pathways for the future design of cheap and efficient hematite‐based photoanodes in acidic electrolytes.
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