Hierarchical Ta-Doped TiO2 Nanorod Arrays with Improved Charge Separation for Photoelectrochemical Water Oxidation under FTO Side Illumination
Hierarchical Ta-Doped TiO2 Nanorod Arrays with Improved Charge Separation for Photoelectrochemical Water Oxidation under FTO Side Illumination
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具有改进的电荷分离能力的分层 Ta 掺杂 TiO2 纳米棒阵列用于 FTO 侧光下光电化学水氧化
DOI：
10.3390/nano8120983
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发表时间：
2018-11
期刊：
影响因子：
5.3
通讯作者：
Wu Mingmei
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
He Shiman;Meng Yuying;Cao Yangfei;Huang Senchuan;Yang Jingling;Tong Shengfu;Wu Mingmei
TiO 2是光电化学（PEC）水氧化中最有吸引力的半导体材料之一。但是，TiO 2光阳极的空穴扩散长度短、电子迁移率低，限制了其大规模应用，可以通过金属掺杂和表面修饰来解决。在本文中，我们报告了成功的合成分级Ta掺杂的TiO 2纳米棒阵列，与顶部的纳米颗粒（Ta：TiO 2），F-掺杂的氧化锡（FTO）玻璃通过水热法，及其应用作为光电化学水氧化的光阳极。结果表明，Ta ~（5+）的引入可以减小表面TiO_2纳米粒子的粒径。Ta：TiO 2 -140，以中等Ta浓度获得，在FTO侧照明下，在1.23 V下相对于可逆氢电极（RHE）产生1.36 mA cm-2的光电流。大的光电流归因于表面TiO 2纳米颗粒的大的界面面积和由于Ta掺杂而产生的良好的电子导电性。此外，电子陷阱的自由模型说明，Ta：TiO 2提供更高的传输速度和更低的电子电阻时，在FTO侧照明。
TiO2 is one of the most attractive semiconductors for use as a photoanode for photoelectrochemical (PEC) water oxidation. However, the large-scale application of TiO2 photoanodes is restricted due to a short hole diffusion length and low electron mobility, which can be addressed by metal doping and surface decorating. In this paper we report the successful synthesis of hierarchical Ta doped TiO2 nanorod arrays, with nanoparticles on the top (Ta:TiO2), on F-doped tin oxide (FTO) glass by a hydrothermal method, and its application as photoanodes for photoelectrochemical water oxidation. It has been found that the incorporation of Ta5+ in the TiO2 lattice can decrease the diameter of surface TiO2 nanoparticles. Ta:TiO2-140, obtained with a moderate Ta concentration, yields a photocurrent of ∼1.36 mA cm−2 at 1.23 V vs. a reversible hydrogen electrode (RHE) under FTO side illumination. The large photocurrent is attributed to the large interface area of the surface TiO2 nanoparticles and the good electron conductivity due to Ta doping. Besides, the electron trap-free model illustrates that Ta:TiO2 affords higher transport speed and lower electron resistance when under FTO side illumination.
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