Hematit (α-Fe2 O3 ) anses vara ett av de mest lovande materialen för fotoelektrokemisk (PEC) vattendelning under solljus. Emellertid begränsar nackdelarna med lägre laddningsöverföringseffektivitet och långsam syreutvecklingsreaktion (OER) den praktiska tillämpningen av α-Fe2 O3 fotoanoder. Därför har ansträngningar gjorts för att främja PEC-egenskaperna hos α-Fe2 O3 , såsom elementär dopning, morfologimodulering och konstruktion av heteroövergångar.
I en studie publicerad i International Journal of Hydrogen Energy , rapporterade forskargruppen ledd av professor Lu Canzhong från Fujian Institute of Research on the Structure of Matter av den kinesiska vetenskapsakademin en ny α-Fe2 O3 fotoanod med flerskiktad In2 O3 /Co-Mn nanostruktur för effektiv fotoelektrokemisk vattenuppdelning.
Forskarna syntetiserade α-Fe2 O3 nanorod-arrayer med klassiska hydrotermiska metoder, följt av ett lager av In2 O3 nanolager täckta på α-Fe2 O3 med våt kemisk avsättning och slutligen täckt med ett lager av nanoark som kombinerar ultratunt icke-kristallint Co(OH)x och Mn3 O4 nanokristaller (Co-Mn nanosheet-beläggning) med hjälp av elektroutfällning.
Genom testning av linjär svepvoltammetri (LSV) fann forskarna att den höga fotoströmtätheten hos In2 O3 /Co-Mn modifierad α-Fe2 O3 fotoanoden är 13,8 gånger den för vanlig α-Fe2 O3 material. De testade också effektiviteten hos infallande fotoner photocurrent (IPCE), och fann att IPCE-värdet för orörda α-Fe2 O3 vid en infallande ljusvåglängd på 400 nm är endast 9,5 %, och IPCE-värdet på In2 O3 /Co-Mn modifierad α-Fe2 O3 fotoanod är 57,9 %.
Dessutom utvärderade de H2 produktionshastighet. In2 O3 /Co-Mn modifierad α-Fe2 O3 fotoanodproduktionen nådde 74,10 mmol/cm 2 /h, vilket var 13,12 gånger högre än α-Fe2 O3 fotoanod.
Forskarna avslöjade också att laddningen av In2 O3 nanoskikt förbättrar avsevärt den fotoelektrokemiska vattenoxidationsaktiviteten för α-Fe2 O3 nanorods. Heteroövergången som bildas av In2 O3 passiveringsskikt och α-Fe2 O3 främjar effektivt laddningsseparation och ökar fotoströmdensiteten.
Co-Mn nanosheetbeläggningsbelastningen hjälper till att förbättra vattenoxidationsprestandan hos α-Fe2 O3 , och denna flerskiktsstruktur möjliggör effektiv fotoelektrokemisk vattennedbrytning av α-Fe2 O3 nanorods.
Mer information: Ming-Hao Ji et al, En ny α-Fe2O3 fotoanod med flerskiktad In2O3/Co–Mn nanostruktur för effektiv fotoelektrokemisk vattenuppdelning, International Journal of Hydrogen Energy (2023). DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.08.061
Journalinformation: International Journal of Hydrogen Energy
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
