Plasmon-Enhanced Solar-Driven Hydrogen Evolution Using Titanium Nitride Metasurface Broadband Absorbers

材料科学 等离子体子 光电子学 吸收(声学) 氮化物 热光电伏打 氮化钛 表面等离子共振 纳米技术 等离子太阳电池 能量转换效率 纳米颗粒 聚合物太阳能电池 图层(电子) 复合材料 共发射极
作者
Meng-Ju Yu,Chih‐Li Chang,Hao-Yu Lan,Zong-Yi Chiao,Yu‐Chia Chen,Ho Wai Howard Lee,Yia‐Chung Chang,Shu‐Wei Chang,Takuo Tanaka,Vincent Tung,Ho‐Hsiu Chou,Yu‐Jung Lu
出处
期刊:ACS Photonics [American Chemical Society]
卷期号:8 (11): 3125-3132 被引量:41
标识
DOI:10.1021/acsphotonics.1c00927
摘要

Broadband perfect absorbers in the visible region have attracted considerable attention in many fields, especially in solar thermophotovoltaic and energy harvesting systems. However, developing light absorbers with high absorptivity, thermal stability, and a broad bandwidth remains a great challenge. Here, we theoretically and experimentally demonstrate that a titanium nitride metasurface absorber exhibits broadband absorption with an average absorption of more than 92% over a wavelength range of 400 to 750 nm. The increase in absorption is attributed to the localized surface plasmon resonance (LSPR). We demonstrate the plasmon-enhanced visible-light-driven hydrogen production from water using a polymer photocatalyst integrated with a TiN metasurface absorber. A 300% increase in the hydrogen evolution rate was observed due to the LSPR that enhances the rates of light absorption, carrier separation, and hot-carrier transfer in polymer photocatalyst. These results enable a new approach to prepare high-efficiency solar energy harvesting systems.
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