Chem. Eng. J.：混合结构表面工程提高TiO2 NRs/NPs光阳极PEC产氢性能

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Chem. Eng. J.：混合结构表面工程提高TiO2 NRs/NPs光阳极PEC产氢性能

太阳能驱动的PEC水分解是将太阳能转化为H2的一种很有前景的方法。为了提高PEC产氢效率，设计一种将快速载流子转移以及具有高比表面积的多孔结构的光阳极，以实现大量量子点(QD)负载和适当的电解质渗透迫在眉睫。
因此，加拿大国家能源、材料及通讯研究院Federico Rosei、Kulbir K. Ghuman和Gurpreet S. Selopal等报道了一种TiO2 NRs/NPs混合结构光阳极，该光阳极能够进行高效PEC产氢。
Chem. Eng. J.：混合结构表面工程提高TiO2 NRs/NPs光阳极PEC产氢性能
作者制备了一种具有纳米棒和纳米颗粒组合结构的TiO2光阳极，随后用肼作为氮源对光阳极进行处理以抑制光生电荷复合中心。优化后的TiO2 NRs/NPs，在0.8 VRHE下的光电流密度为4.25 mA cm-2；使用肼处理后光电流密度增加了28%。
使用CdS QD和CdS/CdSe QD敏化后的TiO2 NRs/NPs，在0.8 VRHE下的光电流密度分别为5.43 mA cm-2和8.12 mA cm-2，并且在连续两个小时光照下(AM 1.5 G，100 mW cm-2)都保持80%的初始光电流密度。
Chem. Eng. J.：混合结构表面工程提高TiO2 NRs/NPs光阳极PEC产氢性能
光阳极性能的提升归因于非辐射载流子复合的减少和电荷载流子的光生/注入率的提高。DFT+U计算表明，肼的浓度影响TiO2中的掺杂构型。肼浓度为0.25 M时，N2吸附在TiO2表面会产生远低于CB最小值(CBM)的带隙状态，不仅可以防止TiO2与QD竞争可见光吸收，而且不会产生新的复合位点。
然而，在较高的肼浓度(0.5 M)下，表面或间隙N掺杂TiO2会产生非常接近CBM的带隙状态，这很容易产生从QD到TiO2的电子的复合中心。
Role of surface engineering of hybrid structure for high performance quantum dots based photoelectrochemical hydrogen generation. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.132425

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