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MOF-Derived In2O3/CuO p-n Heterojunction Photoanode Incorporating Graphene Nanoribbons for Solar Hydrogen Generation
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2023-04-10 , DOI: 10.1002/smll.202300606
Li Shi 1, 2 , Daniele Benetti 1 , Qin Wei 2 , Federico Rosei 1
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2023-04-10 , DOI: 10.1002/smll.202300606
Li Shi 1, 2 , Daniele Benetti 1 , Qin Wei 2 , Federico Rosei 1
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Solar-driven photoelectrochemical (PEC) water splitting is a promising approach toward sustainable hydrogen (H2) generation. However, the design and synthesis of efficient semiconductor photocatalysts via a facile method remains a significant challenge, especially p-n heterojunctions based on composite metal oxides. Herein, a MOF-on-MOF (metal-organic framework) template is employed as the precursor to synthesize In2O3/CuO p-n heterojunction composite. After incorporation of small amounts of graphene nanoribbons (GNRs), the optimized PEC devices exhibited a maximum current density of 1.51 mA cm−2 (at 1.6 V vs RHE) under one sun illumination (AM 1.5G, 100 mW cm−2), which is approximately four times higher than that of the reference device based on only In2O3 photoanodes. The improvement in the performance of these hybrid anodes is attributed to the presence of a p-n heterojunction that enhances the separation efficiency of photogenerated electron-hole pairs and suppresses charge recombination, as well as the presence of GNRs that can increase the conductivity by offering better path for electron transport, thus reducing the charge transfer resistance. The proposed MOF-derived In2O3/CuO p-n heterojunction composite is used to demonstrate a high-performance PEC device for hydrogen generation.
中文翻译：
MOF 衍生的 In2O3/CuO pn 异质结光电阳极结合石墨烯纳米带用于太阳能制氢
太阳能驱动的光电化学（PEC）水分解是实现可持续氢气（H 2）生产的一种有前景的方法。然而，通过简单的方法设计和合成高效的半导体光催化剂仍然是一个重大挑战，特别是基于复合金属氧化物的pn异质结。在此，采用MOF-on-MOF（金属有机骨架）模板作为前驱体来合成In 2 O 3 /CuO pn异质结复合材料。掺入少量石墨烯纳米带（GNR）后，优化的PEC器件在一次太阳照射（AM 1.5G，100 mW cm -2 ）下表现出1.51 mA cm -2 （1.6 V vs RHE）的最大电流密度，这比仅基于In 2 O 3光电阳极的参考器件高大约四倍。这些混合阳极性能的提高归因于pn异质结的存在，它提高了光生电子空穴对的分离效率并抑制电荷复合，以及GNR的存在，可以通过提供更好的路径来提高电导率用于电子传输，从而降低电荷传输电阻。所提出的 MOF 衍生的 In 2 O 3 /CuO pn 异质结复合材料用于演示用于制氢的高性能 PEC 装置。
更新日期：2023-04-10
中文翻译：
MOF 衍生的 In2O3/CuO pn 异质结光电阳极结合石墨烯纳米带用于太阳能制氢
太阳能驱动的光电化学（PEC）水分解是实现可持续氢气（H 2）生产的一种有前景的方法。然而，通过简单的方法设计和合成高效的半导体光催化剂仍然是一个重大挑战，特别是基于复合金属氧化物的pn异质结。在此，采用MOF-on-MOF（金属有机骨架）模板作为前驱体来合成In 2 O 3 /CuO pn异质结复合材料。掺入少量石墨烯纳米带（GNR）后，优化的PEC器件在一次太阳照射（AM 1.5G，100 mW cm -2 ）下表现出1.51 mA cm -2 （1.6 V vs RHE）的最大电流密度，这比仅基于In 2 O 3光电阳极的参考器件高大约四倍。这些混合阳极性能的提高归因于pn异质结的存在，它提高了光生电子空穴对的分离效率并抑制电荷复合，以及GNR的存在，可以通过提供更好的路径来提高电导率用于电子传输，从而降低电荷传输电阻。所提出的 MOF 衍生的 In 2 O 3 /CuO pn 异质结复合材料用于演示用于制氢的高性能 PEC 装置。
京公网安备 11010802027423号