Atomically Thin Mesoporous In2O3–x/In2S3 Lateral Heterostructures Enabling Robust Broadband‐Light Photo‐Electrochemical Water Splitting

材料科学 异质结 分解水 光电子学 载流子 介孔材料 电极 电化学 光电流 纳米技术 薄膜 光催化 物理化学 化学 生物化学 催化作用
作者
Jungang Hou,Shuyan Cao,Yiqing Sun,Yunzhen Wu,Fei Liang,Zheshuai Lin,Licheng Sun
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (9) 被引量:129
标识
DOI:10.1002/aenm.201701114
摘要

Abstract Atomically thin 2D heterostructures have opened new realms in electronic and optoelectronic devices. Herein, 2D lateral heterostructures of mesoporous In 2 O 3– x /In 2 S 3 atomic layers are synthesized through the in situ oxidation of In 2 S 3 atomic layers by an oxygen plasma‐induced strategy. Based on experimental observations and theoretical calculations, the prolonged charge carrier lifetime and increased electron density reveal the efficient photoexcited carrier transport and separation in the In 2 O 3– x /In 2 S 3 layers by interfacial bonding at the atomic level. As expected, the synergistic structural and electronic modulations of the In 2 O 3– x /In 2 S 3 layers generate a photocurrent of 1.28 mA cm −2 at 1.23 V versus a reversible hydrogen electrode, nearly 21 and 79 times higher than those of the In 2 S 3 atomic layers and bulk counterpart, respectively. Due to the large surface area, abundant active sites, broadband‐light harvesting ability, and effective charge transport pathways, the In 2 O 3– x /In 2 S 3 layers build efficient pathways for photoexcited charge in the 2D semiconductive channels, expediting charge transport and kinetic processes and enhancing the robust broadband‐light photo‐electrochemical water splitting performance. This work paves new avenues for the exploration and design of atomically thin 2D lateral heterostructures toward robust photo‐electrochemical applications and solar energy utilization.
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