光触媒全体の水分割のための空間的に区別された強誘電性Bi4Ti3O12単結晶の電荷再分布

人工光合成は、再生可能な太陽エネルギーを介してきれいな燃料を生成するための有望なアプローチです。ただし、光発電されたキャリアの移動と急速な電子/穴の組換えの2つの問題によって実際に制約されています。また、全体的な水分割でH2とO2の2：1の比を達成することも課題です。ここでは、全体的な水分割を強化するために、空間的に分化した2次元Bi4Ti3O12ナノシートの合理的な設計を報告します。このような空間的に区別された構造は、単結晶半導体の異なる結晶面にわたる電荷移動の制限を克服します。実験結果は、結晶面内の電荷の再分布を示しています。得られた光触媒は、2：1のほぼ化学量論比で40.3μmolH-1および酸素20.1μmolH-1を生成し、シミュレートされた太陽光下で0.1％の太陽と水素の効率を生成します。

Artificial photosynthesis is a promising approach to produce clean fuels via renewable solar energy. However, it is practically constrained by two issues of slow photogenerated carrier migration and rapid electron/hole recombination. It is also a challenge to achieve a 2:1 ratio of H2 and O2 for overall water splitting. Here we report a rational design of spatially differentiated two-dimensional Bi4Ti3O12 nanosheets to enhance overall water splitting. Such a spatially differentiated structure overcomes the limitation of charge transfer across different crystal planes in a single crystal semiconductor. The experimental results show a redistribution of charge within a crystal plane. The resulting photocatalyst produces 40.3 μmol h-1 of hydrogen and 20.1 μmol h-1 of oxygen at a near stoichiometric ratio of 2:1 and a solar-to-hydrogen efficiency of 0.1% under simulated solar light.