Decorating Thermodynamically Stable (101) Facets of TiO2 with MoO3 for Multifunctional Sustainable Hydrogen Energy and Ammonia Gas Sensing Applications

塔菲尔方程 化学 过电位 X射线光电子能谱 电化学 光催化 异质结 纳米材料基催化剂 纳米技术 化学工程 光化学 催化作用 物理化学 光电子学 电极 有机化学 材料科学 工程类
作者
Syed Asim Ali,Tokeer Ahmad
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:63 (1): 304-315 被引量:71
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c03176
摘要

The simultaneous realization of sustainable energy and gas sensors dealing with the emission of pollutants is indispensable as the former thrives on the minimization of the latter. However, there is a dearth of multifunctional nanocatalysts in the literature. This ascertains the importance of multifunctional semiconductors which can be utilized in H2 generation via overall water splitting and in the gas sensing of global pollutants such as NH3. MoO3-decorated TiO2 Z-scheme heterostructures exceptionally escalate the photochemical and photo/electrochemical H2 evolution performance and gas sensing response of TiO2 owing to the synergistic relationship between TiO2 and MoO3. Extensive structural, morphological, and optical characterizations, theoretical studies, and XPS results were exploited to develop a mechanistic framework of photochemical H2 evolution. The photochemical response of the optimum TiO2–MoO3 composition (20 wt % MoO3–TiO2) was found to be nearly 12- and 20-fold superior to the pristine TiO2 and MoO3 photocatalysts, respectively, with the remarkable H2 evolution rate of 9.18 mmol/g/h and AQY of 36.02%. In addition, 20 wt % MoO3–TiO2 also showed advanced photo/electrochemical efficiency with 0.61/0.7 V overpotential values toward HER due to the higher electrochemically active surface area and Tafel slope as low as 65 mV/dec. The gas sensing response of 20 wt % MoO3–TiO2 toward NH3 gas turned out to be 2.5-fold higher than that of the pristine TiO2 gas sensor.
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