Zn0.5Cd0.5S nanoparticles modified TiO2 nanotube arrays with efficient charge separation and enhanced light harvesting for boosting visible-light-driven photoelectrochemical performance
Zn0.5Cd0.5S nanoparticles modified TiO2 nanotube arrays with efficient charge separation and enhanced light harvesting for boosting visible-light-driven photoelectrochemical performance
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Zn0.5Cd0.5S 纳米粒子修饰的 TiO2 纳米管阵列具有高效的电荷分离和增强的光捕获能力，可提高可见光驱动的光电化学性能
DOI：
10.1016/j.jpowsour.2020.228956
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发表时间：
2021-01
影响因子：
9.2
通讯作者：
Fan Mingming
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cao Ling;Xu Kangli;Fan Mingming
首次采用两步阳极氧化-连续离子层吸附反应（SILAR）工艺制备了均匀分散的Zn 0. 5Cd 0. 5S（ZCS）纳米粒子修饰的垂直排列TiO 2纳米管阵列（TiO 2 NTAs）异质结光阳极. ZCS纳米粒子修饰TiO 2 NTAs（TiO 2 NTAs/ZCS）光阳极的光电化学性能与ZCS的负载量密切相关。通过优化TiO 2 NTAs/ZCS光阳极中ZCS的量，在可见光照射下，在1.23 V vs.可逆氢电极（RHE）下获得了最高的光电流密度10.95 mA cm− 2。在0.49 V vs. RHE下，TiO 2 NTAs光阳极的最佳光电转换效率为4.54%，而裸TiO 2 NTAs光阳极在0.67 V vs. RHE下的最佳光电转换效率仅为0.04%。TiO 2 NTAs/ZCS光阳极的最大入射光电流效率（IPCE）值在390 nm处为65.0%，是裸TiO 2 NTAs光阳极（340 nm处为28.1%）的2.3倍。TiO 2 NTAs和ZCS之间形成的异质结构具有典型的II型能带排列，由于有效的电荷分离和增加的光捕获，这有利于显著促进PEC性能的改善。
Vertically aligned TiO2nanotube arrays (TiO2NTAs) modified with uniformly dispersed Zn0.5Cd0.5S (ZCS) nanoparticles as novel heterojunction photoanodes have been prepared for the first time through a typical two-step anodization followed by successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) process. The photoelectrochemical (PEC) performance of ZCS nanoparticles modified TiO2NTAs (TiO2NTAs/ZCS) photoanodes strongly depends on the loading amount of ZCS. By optimizing the amount of ZCS in TiO2NTAs/ZCS photoanodes, the highest photocurrent density of 10.95 mA cm−2at 1.23 V vs. reversible hydrogen electrode (RHE) under visible-light illumination is obtained. The optimum photoconversion efficiency is up to 4.54% at 0.49 V vs. RHE, while it is only 0.04% at 0.67 V vs. RHE for bare TiO2NTAs photoanode. The maximum incident photon-to-current efficiency (IPCE) value in TiO2NTAs/ZCS photoanodes is 65.0% at 390 nm, which is 2.3-fold as high as that of bare TiO2NTAs photoanode (28.1% at 340 nm). The formed heterostructure structure between TiO2NTAs and ZCS possesses a typical type-II band alignment, which is beneficial to drastically promote the improvement of PEC performance due to the efficient charge separation and increased light harvesting.
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