La division photoélectrochimique (PEC) de l’eau est une stratégie potentiellement réalisable pour convertir l’énergie solaire en hydrogène vert. Cependant, les systèmes PEC actuels souffrent d’une efficacité de séparation des charges relativement faible et d’une réaction d’oxydation de l’eau lente, ce qui les empêche de répondre aux besoins des applications pratiques. Le principal goulot d'étranglement consiste à parvenir à une séparation spatiale efficace des charges, ce qui est crucial pour parvenir à une conversion efficace du solaire en hydrogène.
L'ingénierie des hétérojonctions est l'une des méthodes les plus prometteuses pour la séparation spatiale des charges, mais l'efficacité de la séparation des porteurs par hétérojonction reste limitée en raison de l'adaptation des bandes d'énergie ou de la compatibilité interfaciale et structurelle entre différents semi-conducteurs. Parallèlement, la construction d'une homojonction p-n en contrôlant finement le dopant ou le défaut dans les semi-conducteurs s'est avérée réalisable, mais le phénomène qui neutralise le champ électrique interfacial par l'accumulation rapide de porteurs pendant le processus de transfert est largement négligeable.
À cette fin, une équipe de chercheurs de l’École de génie chimique et de technologie de l’Université de Tianjin a conçu un système unique de n-TiO2 /BaTiO3 /p-TiO2 hétérojonction qui se couple avec l'effet piézoélectrique et les jonctions p-n pour surmonter la séparation de charge et la limitation de transfert de la jonction p-n.
"Dans notre hétérojonction conçue, le ferroélectrique BaTiO3 la couche est entre n-TiO2 avec des lacunes en oxygène et p-TiO2 avec des postes vacants en titane", partage Minhua Ai, auteur principal de l'étude publiée dans la revue Green Energy &Environment. . "Par conséquent, le TBT3 atteint une densité de photocourant importante qui est 2,4 et 1,5 fois supérieure à celle du TiO2 et TiO2 –BaTiO3 hétérojonction, respectivement."
Notamment, entraîné par une déformation mécanique, un champ électrique polarisé stable formé dans BaTiO3 ferroélectrique peut réguler davantage les champs électriques intégrés sur la base de caractérisations complètes du comportement des porteurs de charge dans une telle multi-hétérojonction. Et n-TiO2 /BaTiO3 /p-TiO2 L'hétérojonction atteint des performances PEC améliorées par piézoélectrique (2,84 fois supérieures à celles du TiO2 à 1,23 V par rapport à RHE).
"Basé sur le couplage avec l'effet piézoélectrique et les jonctions p-n, notre travail fournit une stratégie de polarisation piézoélectrique pour moduler le champ électrique intégré de l'hétérojonction pour améliorer la séparation des charges", ajoute Lun Pan, auteur principal et correspondant.
Plus d'informations : Minhua Ai et al, Hétérojonction n-TiO2/BaTiO3/p-TiO2 améliorée piézoélectrique pour une photoélectrocatalyse hautement efficace, Énergie verte et environnement (2023). DOI :10.1016/j.gee.2023.12.001
Fourni par KeAi Communications Co.
