Size effect of one-dimensional nanostructures on bubble nucleation in water splitting

成核 气泡 半径 纳米结构 材料科学 化学物理 纳米技术 临界半径 机械 热力学 化学 物理 计算机安全 球体 天文 计算机科学
作者
Juanwen Chen,Liejin Guo
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:115 (10) 被引量:20
标识
DOI:10.1063/1.5115977
摘要

One-dimensional (1D) nanostructures have wide applications in photocatalysts for water splitting. Their surfaces may impact the gas bubble nucleation rate, thus influencing the efficiency of gas evolution. However, the effects of the 1D nanostructured surfaces on the bubble nucleation have not been studied to date. Herein, these effects are theoretically analyzed, based on the changes of free energy for a bubble nucleus forming inside/outside a nanotube. The results show that compared to flat surfaces, the inner tube wall favors the bubble nucleation, while the outer wall has an opposite effect. These differences become increasingly significant with tube radius Rt reducing when Rt < 10r* (r*-bubble equilibrium radius). The size effect is further verified experimentally for bubble nucleation on TiO2 nanotube arrays. The sensitivity of bubble nucleation to nanostructure dimensions should be considered in designing high-efficient photocatalysts.
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