リガンド設計のMNOコタリストを備えた効率的な水分割カスケードフォトアノード

半導体のバンドエッジ位置は、太陽水分割の機能を決定します。リガンド交換はバンド構造の変更を可能にすることが知られていますが、水分割効率におけるその重要な役割はまだ完全には理解されていません。ここでは、ビスマス・バナジン酸（BIVO4）アノードのリガンド工学マンガン酸化物コタリーストナノ粒子（MNO NPS）が最初に実証され、6.25 mA cm-2の光電流密度が著しく強化されています。BIVO4の理論的光電流密度（≈7.5mA cm-2）の85％近くです。改善された光活性は、リガンド/MNO界面での誘導双極子とリガンドの固有の双極子の両方に由来するバンドエッジエネルギーの実質的な変化と密接に関連しています。分光分析と電気化学的研究の組み合わせは、水酸化のための表面修飾とバンドエッジの位置との明確な関係を明らかにしています。提案された概念は、新しい、効率的な太陽水分割システムを探索するかなりの可能性を持っています。

The band edge positions of semiconductors determine functionality in solar water splitting. While ligand exchange is known to enable modification of the band structure, its crucial role in water splitting efficiency is not yet fully understood. Here, ligand-engineered manganese oxide cocatalyst nanoparticles (MnO NPs) on bismuth vanadate (BiVO4) anodes are first demonstrated, and a remarkably enhanced photocurrent density of 6.25 mA cm-2 is achieved. It is close to 85% of the theoretical photocurrent density (≈7.5 mA cm-2) of BiVO4. Improved photoactivity is closely related to the substantial shifts in band edge energies that originate from both the induced dipole at the ligand/MnO interface and the intrinsic dipole of the ligand. Combined spectroscopic analysis and electrochemical study reveal the clear relationship between the surface modification and the band edge positions for water oxidation. The proposed concept has considerable potential to explore new, efficient solar water splitting systems.