Core-shell nanowire (C/S NW) photoanodes for photoelectrochemical water splitting (PEC-WS) are an effective and promising strategy to enhance light harvesting. Here, ZnO/Ta₃N₅ C/S NWs passivated by pyridine are fabricated for the first time as photoanodes in PEC-WS. The ZnO/Ta₃N₅/Pyridine C/S NW with an optimal Ta₃N₅ shell coating, 10 nm thick, exhibit a maximum photocurrent density of 4.46 mA/cm² at 1.23 V vs. RHE and a photoconversion efficiency of 2.21% at 0.35 V vs. RHE, representing 12.53-fold and 36.83-fold enhancements, respectively, compared to the ZnO NW. This optimized photoanode displays remarkable stability over 24 hours with 98% retention, in contrast to the ZnO NW, which fails after 1.5 hours. Furthermore, we confirm that the ZnO/Ta₃N₅ C/S NW outperforms the ZnO/TaON and ZnO/Ta₂O₅ C/S NWs in PEC-WS due to the extensively staggered type-II band alignment for efficient charge separation and the smaller bandgap for efficient light absorption. The pyridine grafting produces a surface dipole, creating a built-in electric field at the surface, and passivates the surface defects of Ta₃N₅, impeding surface charge recombination. Detailed analyses clarifying the band alignments and charge transport/transfer mechanisms of the aforementioned C/S NW photoanodes have been provided.

中文翻译：

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ZnO-Ta3N5 核壳纳米线光阳极与吡啶钝化，用于高效稳定的光电化学分解水


用于光电化学水分解 （PEC-WS） 的核壳纳米线 （C/S NW） 光阳极是增强光捕获的一种有效且有前途的策略。在这里，吡啶钝化的 ZnO/Ta₃N₅ C/S NWs 首次被制造为 PEC-WS 中的光阳极。ZnO/Ta₃N₅/吡啶 C/S NW 具有最佳的 Ta₃N₅ 壳涂层，厚度为 10nm，在 1.23V 与 RHE 相比，在 1.23V 下表现出 4.46mA/cm² 的最大光电流密度，在 0.35V 与 RHE 相比，光转换效率为 2.21%，与 ZnO NW 相比，分别提高了 12.53 倍和 36.83 倍。这种优化的光阳极在 24 小时内表现出卓越的稳定性，保留率为 98%，而 ZnO NW 在 1.5 小时后就会失效。此外，我们证实 ZnO/Ta₃N₅ C/S NW 在 PEC-WS 中优于 ZnO/TaON 和 ZnO/Ta₂O₅ C/S NW，因为广泛交错的 II 型带对齐可实现高效的电荷分离，并且带隙较小，可实现高效光吸收。吡啶接枝产生表面偶极子，在表面产生内置电场，并钝化 Ta₃N₅ 的表面缺陷，阻碍表面电荷复合。已经提供了详细的分析，阐明了上述 C/S NW 光阳极的能带排列和电荷传输/转移机制。