Nanoporous Cubic Silicon Carbide Photoanodes for Enhanced Solar Water Splitting

光电流 材料科学 纳米孔 碳化硅 带隙 可逆氢电极 纳米技术 分解水 能量转换效率 化学工程 光电子学 电极 冶金 光催化 电解质 化学 物理化学 工作电极 工程类 催化作用 生物化学
作者
Jing‐Xin Jian,Valdas Jokubavičius,Mikael Syväjärvi,Rositsa Yakimova,Jianwu Sun
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (3): 5502-5512 被引量:42
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c00256
摘要

Cubic silicon carbide (3C-SiC) is a promising photoelectrode material for solar water splitting due to its relatively small band gap (2.36 eV) and its ideal energy band positions that straddle the water redox potentials. However, despite various coupled oxygen-evolution-reaction (OER) cocatalysts, it commonly exhibits a much smaller photocurrent (<∼1 mA cm–2) than the expected value (8 mA cm–2) from its band gap under AM1.5G 100 mW cm–2 illumination. Here, we show that a short carrier diffusion length with respect to the large light penetration depth in 3C-SiC significantly limits the charge separation, thus resulting in a small photocurrent. To overcome this drawback, this work demonstrates a facile anodization method to fabricate nanoporous 3C-SiC photoanodes coupled with Ni:FeOOH cocatalyst that evidently improve the solar water splitting performance. The optimized nanoporous 3C-SiC shows a high photocurrent density of 2.30 mA cm–2 at 1.23 V versus reversible hydrogen electrode (VRHE) under AM1.5G 100 mW cm–2 illumination, which is 3.3 times higher than that of its planar counterpart (0.69 mA cm–2 at 1.23 VRHE). We further demonstrate that the optimized nanoporous photoanode exhibits an enhanced light-harvesting efficiency (LHE) of over 93%, a high charge-separation efficiency (Φsep) of 38%, and a high charge-injection efficiency (Φox) of 91% for water oxidation at 1.23 VRHE, which are significantly outperforming those its planar counterpart (LHE = 78%, Φsep = 28%, and Φox = 53% at 1.23 VRHE). All of these properties of nanoporous 3C-SiC enable a synergetic enhancement of solar water splitting performance. This work also brings insights into the design of other indirect band gap semiconductors for solar energy conversion.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
完美世界应助able采纳,获得10
1秒前
辛苦科研人完成签到 ,获得积分10
2秒前
慕青应助xiaowan采纳,获得10
4秒前
魏凡之完成签到 ,获得积分10
5秒前
8秒前
9秒前
fuguier发布了新的文献求助10
10秒前
12秒前
zsk1122完成签到,获得积分10
14秒前
荔枝发布了新的文献求助10
14秒前
lyy完成签到 ,获得积分10
15秒前
18秒前
myuniv完成签到,获得积分10
18秒前
专注鸵鸟完成签到,获得积分10
18秒前
专注之双完成签到,获得积分10
19秒前
Zircon完成签到 ,获得积分10
20秒前
Much完成签到 ,获得积分10
21秒前
21秒前
充电宝应助颠覆乾坤采纳,获得10
22秒前
23秒前
无花果应助pz采纳,获得10
23秒前
zheng完成签到 ,获得积分10
25秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
26秒前
星辰大海应助荔枝采纳,获得10
26秒前
LJL发布了新的文献求助10
27秒前
meng发布了新的文献求助10
27秒前
无私的颤完成签到,获得积分10
27秒前
lucky完成签到 ,获得积分10
28秒前
Zel博博完成签到,获得积分10
28秒前
谷粱诗云完成签到,获得积分10
28秒前
yar应助myuniv采纳,获得10
28秒前
xc完成签到 ,获得积分10
29秒前
29秒前
干净的天与完成签到,获得积分10
29秒前
哈基米德应助毅诚菌采纳,获得10
31秒前
铁甲小杨完成签到,获得积分0
31秒前
32秒前
卡机了完成签到,获得积分10
33秒前
平淡绿柏完成签到,获得积分10
35秒前
架子猫发布了新的文献求助10
35秒前
高分求助中
【提示信息,请勿应助】关于scihub 10000
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] 3000
徐淮辽南地区新元古代叠层石及生物地层 3000
The Mother of All Tableaux: Order, Equivalence, and Geometry in the Large-scale Structure of Optimality Theory 3000
Handbook of Industrial Diamonds.Vol2 1100
Global Eyelash Assessment scale (GEA) 1000
Picture Books with Same-sex Parented Families: Unintentional Censorship 550
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4038235
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3575992
关于积分的说明 11374009
捐赠科研通 3305760
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1819276
邀请新用户注册赠送积分活动 892662
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 815022