Solar Water Splitting by TiO2/CdS/Co–Pi Nanowire Array Photoanode Enhanced with Co–Pi as Hole Transfer Relay and CdS as Light Absorber

材料科学 光电流 分解水 纳米线 电化学 光电子学 电极 吸收(声学) 光化学 化学工程 光催化 催化作用 物理化学 复合材料 工程类 化学 生物化学
作者
Guanjie Ai,Hongxing Li,Shaopei Liu,Rong Mo,Jianxin Zhong
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:25 (35): 5706-5713 被引量:256
标识
DOI:10.1002/adfm.201502461
摘要

The cobalt phosphate water oxidation catalyst (Co–Pi WOC) stabilized, CdS sensitized TiO 2 nanowire arrays for nonsacrificial solar water splitting are reported. In this TiO 2 /CdS/Co–Pi photoanode, the Co–Pi WOC acts as hole transfer relay to accelerate the surface water oxidation reaction, CdS serves as light absorber for wider solar spectra harvesting, and TiO 2 matrix provides direct pathway for electron transport. This triple TiO 2 /CdS/Co–Pi hybrid photoanode exhibits much enhanced photocurrent density and negatively shifts in onset potential, resulting in 1.5 and 3.4 times improved photoconversion efficiency compared to the TiO 2 /CdS and TiO 2 photoanode, respectively. More importantly, the TiO 2 /CdS/Co–Pi shows significantly improved photoelectrochemical stability compared to the TiO 2 /CdS electrode, with ≈72% of the initial photocurrent retained after 2 h irradiation. The reason for the promoted performance is discussed in detail based on electrochemical measurements. This work provides a new paradigm for designing 1D nanoframework/light absorber/WOC photoanode to simultaneously enhance light absorption, charge separation, and transport and surface water oxidation reaction for efficient and stable solar fuel production.
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