Solar-Wasserspaltung durch TiO2/CdS/Co–Pi Nanodrähte Array Photokathode verbessert mit Co–Pi als Lochtransfervermittler und CdS als Lichtabsorber

Der stabilisierte Kobaltphosphat-Wasserspaltungskatalysator (Co–Pi WOC), CdS-sensibilisierte TiO2-Nanodrähte für nicht-opfernde solarbetriebene Wasserspaltung werden berichtet. In dieser TiO2/CdS/Co–Pi Photokathode fungiert der Co–Pi WOC als Lochtransfervermittler, um die Oberflächen-Wasserspaltungsreaktion zu beschleunigen, CdS dient als Lichtabsorber zur Ernte breiterer solarer Spektren, und die TiO2-Matrix bietet einen direkten Weg für den Elektronentransport. Diese dreifache TiO2/CdS/Co–Pi Hybrid-Photokathode zeigt eine erheblich verbesserte Photostromdichte und eine negative Verschiebung des Anlaufpotentials, was zu einer um 1,5 und 3,4-mal verbesserten Photokonversionseffizienz im Vergleich zur TiO2/CdS- und TiO2-Photokathode führt. Noch wichtiger ist, dass die TiO2/CdS/Co–Pi im Vergleich zu der TiO2/CdS-Elektrode eine signifikant verbesserte fotoelektrochemische Stabilität aufweist, wobei nach 2 Stunden Bestrahlung etwa 72 % des anfänglichen Photostroms erhalten bleiben. Der Grund für die verbesserte Leistung wird detailliert basierend auf elektrochemischen Messungen diskutiert. Diese Arbeit bietet ein neues Paradigma für das Design von 1D-Nanostrukturen/Lichtabsorbern/WOC-Photokathoden, um gleichzeitig die Lichtabsorption, die Ladungstrennung und den Transport sowie die Oberflächen-Wasserspaltungsreaktion für eine effiziente und stabile solarbetriebene Kraftstoffproduktion zu verbessern.