Fotoanode med flerlags nanostruktur udviklet til effektiv fotoelektrokemisk vandopdeling

Hæmatit (α-Fe₂ O₃ ) betragtes som et af de mest lovende materialer til fotoelektrokemisk (PEC) vandspaltning under sollys. Imidlertid begrænser ulemperne ved lavere ladningsoverførselseffektivitet og langsom oxygenudviklingsreaktion (OER) den praktiske anvendelse af α-Fe₂ O₃ fotoanoder. Derfor er der gjort en indsats for at fremme PEC-egenskaberne af α-Fe₂ O₃ , såsom elementær doping, morfologimodulation og konstruktion af heterojunctions.

I en undersøgelse offentliggjort i International Journal of Hydrogen Energy , rapporterede forskningsgruppen ledet af professor Lu Canzhong fra Fujian Institute of Research on the Structure of Matter af det kinesiske videnskabsakademi en ny α-Fe₂ O₃ fotoanode med flerlags In₂ O₃ /Co-Mn nanostruktur til effektiv fotoelektrokemisk vandopdeling.

Forskerne syntetiserede α-Fe₂ O₃ nanorod-arrays ved hjælp af klassiske hydrotermiske metoder efterfulgt af et lag In₂ O₃ nanolag dækket på α-Fe₂ O₃ ved hjælp af våd kemisk aflejring og til sidst dækket med et lag af nanoark, der kombinerer ultratynd ikke-krystallinsk Co(OH)_x og Mn₃ O₄ nanokrystaller (Co-Mn nanosheet-belægning) ved hjælp af elektroaflejring.

Ved lineær sweep voltammetri (LSV) test fandt forskerne, at den høje fotostrømtæthed af In₂ O₃ /Co-Mn modificeret α-Fe₂ O₃ fotoanode er 13,8 gange større end almindelig α-Fe₂ O₃ materialer. De testede også effektiviteten af ​​indfaldende fotoner fotostrøm (IPCE) og fandt ud af, at IPCE-værdien af ​​uberørt α-Fe₂ O₃ ved en indfaldende lysbølgelængde på 400 nm er kun 9,5 %, og IPCE-værdien for In₂ O₃ /Co-Mn modificeret α-Fe₂ O₃ fotoanode er 57,9 %.

Derudover evaluerede de H₂ produktionshastighed. In₂ O₃ /Co-Mn modificeret α-Fe₂ O₃ fotoanodeproduktionen nåede 74,10 mmol/cm ² /h, hvilket var 13,12 gange højere end α-Fe₂ O₃ fotoanode.

Forskerne afslørede også, at indlæsningen af ​​In₂ O₃ nanolag forbedrer markant den fotoelektrokemiske vandoxidationsaktivitet af α-Fe₂ O₃ nanorods. Heterojunction dannet af In₂ O₃ passiveringslag og α-Fe₂ O₃ fremmer effektivt ladningsadskillelse, hvilket øger fotostrømtætheden.

Co-Mn nanoarkbelægningsbelastningen hjælper med at forbedre vandoxidationsydelsen af ​​α-Fe₂ O₃ , og denne flerlagsstruktur muliggør effektiv fotoelektrokemisk vandnedbrydning af α-Fe₂ O₃ nanorods.

Flere oplysninger: Ming-Hao Ji et al, En ny α-Fe2O3 fotoanode med flerlags In2O3/Co-Mn nanostruktur til effektiv fotoelektrokemisk vandopdeling, International Journal of Hydrogen Energy (2023). DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.08.061

Journaloplysninger: International Journal of Hydrogen Energy

Leveret af Chinese Academy of Sciences