Credit: Internationaal tijdschrift voor waterstofenergie (2023). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.08.061
Hematiet (α-Fe2O3) wordt beschouwd als een van de meest veelbelovende materialen voor foto-elektrochemische (PEC) watersplitsing onder zonlicht. De nadelen van een lagere ladingsoverdrachtsefficiëntie en de kinetiek van de langzame zuurstofontwikkelingsreactie (OER) beperken echter de praktische toepassing van α-Fe2O3 fotoanodes. Daarom zijn er pogingen gedaan om de PEC-eigenschappen van a-Fe te bevorderen2O3zoals elementaire doping, morfologiemodulatie en constructie van heterojuncties.
In een studie gepubliceerd in Internationaal tijdschrift voor waterstofenergierapporteerde de onderzoeksgroep onder leiding van prof. Lu Canzhong van het Fujian Institute of Research on the Structure of Matter van de Chinese Academie van Wetenschappen een nieuwe α-Fe2O3 fotoanode met meerlaagse In2O3/Co-Mn nanostructuur voor efficiënte foto-elektrochemische watersplitsing.
De onderzoekers synthetiseerden α-Fe2O3 nanostaafjesarrays met behulp van klassieke hydrothermische methoden, gevolgd door een laag In2O3 nanolagen bedekt met de α-Fe2O3 met behulp van natte chemische afzetting, en uiteindelijk bedekt met een laag nanosheet die ultradunne niet-kristallijne Co(OH) combineertX en Mn3O4 nanokristallen (Co-Mn nanosheet-coating) met behulp van elektrolytische afzetting.
Door middel van lineaire sweep-voltametrie (LSV)-testen ontdekten de onderzoekers dat de hoge fotostroomdichtheid van In2O3/Co-Mn gemodificeerde a-Fe2O3 fotoanode is 13,8 maal die van gewone α-Fe2O3 materialen. Ze testten ook de efficiëntie van invallende fotonen fotostroom (IPCE) en ontdekten dat de IPCE-waarde van ongerepte α-Fe2O3 bij een invallend licht is de golflengte van 400 nm slechts 9,5%, en de IPCE-waarde van In2O3/Co-Mn gemodificeerde a-Fe2O3 fotoanode is 57,9%.
Daarnaast evalueerden ze de H2 productie snelheid. De in2O3/Co-Mn gemodificeerde a-Fe2O3 De fotoanodeproductie bereikte 74,10 mmol/cm2/h, wat 13,12 keer hoger was dan de α-Fe2O3 fotoanode.
De onderzoekers onthulden ook dat het laden van In2O3 nanolagen verbeteren de foto-elektrochemische wateroxidatieactiviteit van α-Fe aanzienlijk2O3 nanostaafjes. De heterojunctie gevormd door de In2O3 passivatielaag en α-Fe2O3 bevordert effectief de ladingsscheiding, waardoor de fotostroomdichtheid toeneemt.
De lading van de Co-Mn nanosheet-coating helpt de wateroxidatieprestaties van α-Fe te verbeteren2O3en deze meerlaagse structuur maakt efficiënte foto-elektrochemische waterontleding van α-Fe mogelijk2O3 nanostaafjes.
Meer informatie:
Ming-Hao Ji et al., Een nieuwe α-Fe2O3-fotoanode met meerlaagse In2O3/Co-Mn nanostructuur voor efficiënte foto-elektrochemische watersplitsing, Internationaal tijdschrift voor waterstofenergie (2023). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.08.061
Tijdschriftinformatie:
Internationaal tijdschrift voor waterstofenergie
Geleverd door de Chinese Academie van Wetenschappen
