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Oxygen vacancy-mediated WO3 phase junction to steering photogenerated charge separation for enhanced water splitting

材料科学 正交晶系 单斜晶系 分解水 空位缺陷 化学物理 光催化 相变 相(物质) 退火(玻璃) 带隙 载流子 化学工程 晶体结构 纳米技术 结晶学 光电子学 凝聚态物理 催化作用 化学 复合材料 有机化学 工程类 物理
作者
Huimin Li,Qianqian Shen,Han Zhang,Jiaqi Gao,Husheng Jia,Xuguang Liu,Qi Li,Jinbo Xue
出处
期刊:Journal of Advanced Ceramics [Springer Science+Business Media]
卷期号:11 (12): 1873-1888 被引量:25
标识
DOI:10.1007/s40145-022-0653-8
摘要

Abstract Effective charge separation and transfer is deemed to be the contributing factor to achieve high photoelectrochemical (PEC) water splitting performance on photoelectrodes. Building a phase junction structure with controllable phase transition of WO3 can further improve the photocatalytic performance. In this work, we realized the transition from orthorhombic to monoclinic by regulating the annealing temperatures, and constructed an orthorhombic-monoclinic WO 3 (o-WO 3 /m-WO 3 ) phase junction. The formation of oxygen vacancies causes an imbalance of the charge distribution in the crystal structure, which changes the W-O bond length and bond angle, accelerating the phase transition. As expected, an optimum PEC activity was achieved over the o-WO 3 /m-WO 3 phase junction in WO 3 -450 photoelectrode, yielding the maximum O 2 evolution rate roughly 32 times higher than that of pure WO 3 -250 without any sacrificial agents under visible light irradiation. The enhancement of catalytic activity is attributed to the atomically smooth interface with a highly matched lattice and robust built-in electric field around the phase junction, which leads to a less-defective and abrupt interface and provides a smooth interfacial charge separation and transfer path, leading to improved charge separation and transfer efficiency and a great enhancement in photocatalytic activity. This work strikes out on new paths in the formation of an oxygen vacancy-induced phase transition and provides new ideas for the design of catalysts.
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