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Z-scheme ZnO@PDA/CeO2 heterojunctions using polydopamine as electron transfer layer for enhanced photoelectrochemical H2 generation

材料科学 异质结 光电流 分解水 X射线光电子能谱 光电化学 电子转移 光电子学 半导体 化学工程 光催化 纳米技术 光化学 电极 电化学 化学 催化作用 物理化学 生物化学 工程类
作者
Nuray Çelebi,Fatih ARLI,Furkan Soysal,Kouroush Salimi
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier BV]
卷期号:21: 100765-100765 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2021.100765
摘要

In this study, polydopamine (PDA)-bridged [email protected]/CeO2 Z-scheme heterojunctions are rationally designed using PDA as an electron transfer mediator for an efficient photoelectrochemical water splitting under visible LED illumination. PDA-bridged construction not only provided the completely wrapping of ZnO nanoparticles (NPs) but also provided a biomimetic electron transfer layer with well-defined core-shell morphologies. Thanks to this novel Z-scheme heterostructure, an improved photocurrent density is recorded for [email protected]/CeO2 photoanodes (251 μA/cm2 at 0.25 V vs. reversible hydrogen electrode [RHE]) under LED irradiation (30 mW/cm2), whereas a quite low photocurrent density (24 μA/cm2 at 0.25 V vs. RHE) is obtained in dark due to low separation of electron–hole pairs. Our results suggest that the presence of PDA provided a solid–solid interfacial interaction (between semiconductors: ZnO and CeO2) that facilitated the separation and pumping of photogenerated charge carries for enhanced photoelectrochemical water splitting. The Z-scheme charge transfer mechanism is verified using radical scavengers, radical trapping experiments, as well as X-ray photoelectron spectroscopy methods. This three-dimensional (3D) Z-scheme ternary heterostructures delivers a new insight in next generation of photocatalysts for efficient large-scale conversion of solar energy to H2 fuels as well as renewable energy revolution.
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