Core-shell hetero-phase reduced Ti–Ni–O nanotubes photoanode with enhanced optical absorption and charge transport for boosted photoelectrochemical water splitting

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作者
Zhenbiao Dong,Yiqiang Cai,Junjie Ma,Ke Zhang,Zhenyu Li,Fenghua Li,Jibo Liu,Fengyong Lv,Yuan Xue
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier]
卷期号:46 (76): 37915-37927 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2021.09.079
摘要

Bulk-phase doping and surface oxygen-defective engineering of TiO2-based nanostructures are identified as effective routes for enhanced photoelectrochemical (PEC) water splitting. Here, we reported a reduced Ti–Ni–O nanotubes photoanode with anatase-rutile crystalline-core and oxygen vavancies amorphous-shell for boosted PEC water splitting. The core-shell hetero-phase reduced Ti–Ni–O nanotubes were fabricated through phase-structure modulation by a thermal treatment of anodized Ti–Ni–O nanotubes on Ti–Ni alloy and with one-step electrochemical reduction. Microstructure, optical and PEC measurement results confirmed effective bulk-phase Ni-doping and surface oxygen vacancies self-doping into the reduced mixed-phase Ti–Ni–O nanotubes, which enabled high capability of optical-absorption and simultaneously favored charge separation-transfer for remarkably improved the PEC water splitting. A higher photocurrent density of 1.66 mA/cm2 at 0 V vs. Ag/AgCl and solar-to-hydrogen efficiency of 0.79% were achieved for the reduced Ti–Ni–O system, which was 5.35 and 5.27 times that of undoped TiO2, respectively. This work may shed an insight view on fabricating high-performance Ti-based nano-photoanodes with enhanced light harvesting and carrier kinetics for efficient PEC water splitting, through synergistic strategy of bulk-phase elements doping and surface oxygen vacancies self-doping.

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