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Metal–Organic Framework Derived Co3O4/TiO2/Si Heterostructured Nanorod Array Photoanodes for Efficient Photoelectrochemical Water Oxidation

材料科学 光电流 异质结 纳米棒 分解水 三元运算 化学工程 电解质 光电子学 光催化 纳米技术 电极 催化作用 化学 生物化学 工程类 物理化学 计算机科学 程序设计语言
作者
Rui Tang,Shujie Zhou,Zhimin Yuan,Longwei Yin
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:27 (37) 被引量:121
标识
DOI:10.1002/adfm.201701102
摘要

A novel hierarchical structured photoanode based on metal–organic frameworks (MOFs)‐derived porous Co 3 O 4 ‐modified TiO 2 nanorod array grown on Si (MOFs‐derived Co 3 O 4 /TiO 2 /Si) is developed as photoanode for efficiently photoelectrochemical (PEC) water oxidation. The ternary Co 3 O 4 /TiO 2 /Si heterojunction displays enhanced carrier separation performance and electron injection efficiency. In the ternary system, an abnormal type‐II heterojunction between TiO 2 and Si is introduced, because the conduction band and valence band position of Si are higher than those of TiO 2 , the photogenerated electrons from TiO 2 will rapidly recombine with the photogenerated holes from Si, thus leading to an efficient separation of photogenerated electrons from Si/holes from TiO 2 at the TiO 2 /Si interface, greatly improving the separation efficiency of photogenerated hole within TiO 2 and enhances the photogenerated electron injection efficiency in Si. While the MOFs‐derived Co 3 O 4 obviously improves the optical‐response performance and surface water oxidation kinetics due to the large specific surface area and porous channel structure. Compared with MOFs‐derived Co 3 O 4 /TiO 2 /FTO photoanode, the synergistic function in the MOFs‐derived Co 3 O 4 /TiO 2 /Si NR photoanode brings greatly enhanced photoconversion efficiency of 0.54% (1.04 V vs reversible hydrogen electrode) and photocurrent density of 2.71 mA cm −2 in alkaline electrolyte. This work provides promising methods for constructing high‐performance PEC water splitting photoanode based on MOFs‐derived materials.
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