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surface polarization enables high charge separation in TiO_(2) nanorod photoanode

Nano Research 2021年第11期14卷 4056-4062页

作者： Wei Ma Keke Huang Xiaofeng Wu Meng Wang Shouhua Feng State Key Laboratory of Inorganic Synthesis and Preparative Chemistry NMAC International Joint LaboratoryCollege of ChemistryJilin UniversityChangchun130012China

Poor charge separation efficiency of semiconductors often stands in the way of photoelectrochemical (PEC) water splitting realization. In this report, a surface polarized TiO_(2) photoanode is obtained via −OH moiety decoration, which achieves a fundamentally improved charge separation efficiency of about 94% at 1.23 VRHE. Detailed data shows that these hydroxyls with electric dipoles polarize the surface, inducing substantial electric field in the surface region, and elevating band edges so as to form a homojunction within TiO_(2). Such serves as the direct driving force for the photogenerated charge separation and migration. Moreover, these hydroxyls also facilitate water oxidation kinetics. Without typical doping or cocatalyst, surface polarized TiO_(2) photoanode delivers a considerably increased photocurrent density of about 1.41 mA·cm^(−2) at 1.23 VRHE (AM 1.5 G) and a cathodic shift on onset potential over 200 mV. This report highlights new opportunities to modulate charge separation by surface polarization for the construction of robust photoanodes.

关键词： TiO_(2)nanorod hydroxyls surface polarization charge separation photoelectrochemical water splitting

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