Photochemische Abscheidung eines kobalt-basierten Sauerstoffentwicklungs-katalysators auf einer Halbleiter-Photoanode zur solaren Sauerstoffproduktion

Diese Studie beschreibt die photochemische Abscheidung von Co-basierten Sauerstoffentwicklungs-katalysatoren auf einer Halbleiter-Photoanode zur Verwendung in der solarer Sauerstoffentwicklung. Im Photodepositionsprozess werden Elektronen-Loch-Paare in einem Halbleiter bei Beleuchtung erzeugt, und die photogenerierten Löcher werden verwendet, um Co(2+) Ionen zu Co(3+) Ionen zu oxidieren, was zur Ausfällung von Co(3+)-basierten Katalysatoren auf der Halbleiteroberfläche führt. Sowohl die Photodeposition des Katalysators als auch die solar O(2) Evolution sind photooxidative Reaktionen, die die photogenerierten Löcher nutzen. Daher bietet die Photodeposition einen effizienten Weg, um Sauerstoffentwicklungs-katalysatoren mit Photoanoden zu koppeln, indem die Katalysatoren an den Stellen platziert werden, an denen die Löcher am leichtesten für die solare O(2) Evolution verfügbar sind. In dieser Studie wurden Co-basierte Katalysatoren photochemisch als 10-30 nm Nanopartikel auf der ZnO-Oberfläche abgesetzt. Der Vergleich der Photostrom-Spannungsmerkmale der ZnO-Elektroden mit und ohne den Co-basierten Katalysator zeigte, dass der Katalysator allgemein den anodischen Photostrom der ZnO-Elektrode erhöhte, wobei der Effekt ausgeprägter war, wenn die Bandbiegung weniger signifikant ist. Die Anwesenheit des Co-basierten Katalysators auf der ZnO-Photoanode verschob auch das Anlaufpotential des Photostroms um 0,23 V in die negative Richtung, näher an das Flachbandpotential. Diese Ergebnisse zeigten, dass der kobalt-basierte Katalysator die photogenierierten Löcher in ZnO effizient nutzen kann, um die solare O(2) Evolution zu verbessern. Die in dieser Studie beschriebene Photodepositionsmethode kann als allgemeiner Weg verwendet werden, um die Co-basierten Katalysatoren auf jeder Halbleiterelektrode abzuscheiden, deren Valenzbandkante bei einem positiveren Potential als das Oxidationspotential von Co(2+) Ionen liegt.