Pt nanoclusters on GaN nanowires for solar-asssisted seawater hydrogen evolution

海水 纳米团簇 材料科学 纳米线 纳米技术 化学 海洋学 地质学 有机化学
作者
Wan Jae Dong,Yixin Xiao,Ke Yang,Zhengwei Ye,Peng Zhou,Ishtiaque Ahmed Navid,Víctor S. Batista,Zetian Mi
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:74
标识
DOI:10.1038/s41467-023-35782-z
摘要

Seawater electrolysis provides a viable method to produce clean hydrogen fuel. To date, however, the realization of high performance photocathodes for seawater hydrogen evolution reaction has remained challenging. Here, we introduce n+-p Si photocathodes with dramatically improved activity and stability for hydrogen evolution reaction in seawater, modified by Pt nanoclusters anchored on GaN nanowires. We find that Pt-Ga sites at the Pt/GaN interface promote the dissociation of water molecules and spilling H* over to neighboring Pt atoms for efficient H2 production. Pt/GaN/Si photocathodes achieve a current density of -10 mA/cm2 at 0.15 and 0.39 V vs. RHE and high applied bias photon-to-current efficiency of 1.7% and 7.9% in seawater (pH = 8.2) and phosphate-buffered seawater (pH = 7.4), respectively. We further demonstrate a record-high photocurrent density of ~169 mA/cm2 under concentrated solar light (9 suns). Moreover, Pt/GaN/Si can continuously produce H2 even under dark conditions by simply switching the electrical contact. This work provides valuable guidelines to design an efficient, stable, and energy-saving electrode for H2 generation by seawater splitting.
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