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北京科技大學Boping Zhang課題組--TiO2/CuS異質結構納米線陣列光陽極對水氧化的作用:CuS的作用
       通過將太陽能轉換為化學能,光電化學(PEC)的水分解法是生產清潔氫的一種非常有吸引力的方法。但是,它們的性能受到極差的電荷載流子分離和運輸的限制。在這項工作中,TiO2/CuS異質結構納米線陣列光陽極是通過用連續的離子層吸附和反應(SILAR)方法裝飾在導電基底上生長TiO2納米線陣列上的CuS納米團簇而制備的。結果表明,重復進行SILAR程序,CuS含量增加。裝入CuS納米團簇后,TiO2納米線陣列光電陽極的PEC性能得到增強,并且TiO2/CuS-5(即重復SILAR過程重復5次)樣品顯示出最高的光電流密度。PEC活性的提高歸因于增加的光吸收和有效的電荷分離,以及在TiO2納米線陣列上具有最佳的CuS覆蓋率。重要的是,進一步的分析顯示,在PEC過程中,部分CuS還原為Cu2S,表明CuS納米團簇主要充當轉移光生電子的助催化劑。
 
Figure 1. 在FTO襯底上生長的TiO2/CuS納米線陣列異質結構的制備過程。
 

Figure 2. (a)在FTO襯底上生長的TiO2/CuS-x(x = 0、2、5、10和80)納米線陣列異質結構的XRD圖譜;(b)部分放大的XRD圖案。
 

Figure 3. (a)TiO2、(b)TiO2/CuS-2、(c)TiO2/CuS-5和(d)TiO2/CuS-10納米線陣列異質結構的SEM圖像;(e)取自TiO2/CuS-10樣品的EDS曲線。


Figure 4. (a)TiO2/CuS-5的HRTEM圖像(插圖顯示了SAED模式);(b)TiO2納米線和(c)CuS納米團簇的HRTEM放大圖。
 

Figure 5. (a)在黑暗中和(b)在AM 1.5G光照下獲得的不同光陽極的線性掃描伏安曲線;(c)在0 V時相對于Ag/AgCl的瞬態光電流響應(插圖顯示了SILAR循環時間與光電流密度的關系圖),以及(d)不同光陽極的開路電壓曲線;(e)TiO2和TiO2/CuS-5的奈奎斯特圖;(f)在AM 1.5G光照下TiO2/CuS-5的穩定性測試(零偏壓)。
 

Figure 6. TiO2/CuS異質結光電陽極的(a)PEC反應機理和(b)能帶結構圖的示意圖。 
          相關研究成果于2019年由北京科技大學Boping Zhang課題組,發表在Applied Surface Science(2019,463,829–837)上。原文:TiO2/CuS heterostructure nanowire array photoanodes toward water oxidation: The role of CuS。
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