효율적인 광전기화학적 물분해 반응을 위한 금속 산화물과 금속 황화물의 복합 반도체 합성 Synthesis of Metal Oxide and Sulfide Semiconductor Composite for Efficient Photoelectrochemical Water Splitting Reaction원문보기
광전기화학적 (PEC) 물분해 반응은 화학 연료인 수소와 산소를 생산하는 유망한 방법입니다. 전도성 기판 위에 금속 산화물을 제조하는 것은 PEC 물분해 효율을 향상시키는 중요한 문제입니다. 제 1 장에서, 우리는 FTO (fluorine-doped tin oxide) 기판을 완전히 덮은 ...
광전기화학적 (PEC) 물분해 반응은 화학 연료인 수소와 산소를 생산하는 유망한 방법입니다. 전도성 기판 위에 금속 산화물을 제조하는 것은 PEC 물분해 효율을 향상시키는 중요한 문제입니다. 제 1 장에서, 우리는 FTO (fluorine-doped tin oxide) 기판을 완전히 덮은 WO3 나노 결정의 제조를 위한 간편한 합성 방법을 개발했습니다. FTO 기판 위에 빈곳이 없는 WO3 층을 합성하는 것은 복합 구조에서 전하 분리 과정을 연구하는데 있어 필수적입니다. 또한, WO3와 BiVO4에서의 전자 분리 과정 연구를 위하여 WO3 위에 다양한 비율의 BiVO4를 올려 WO3/BiVO4 복합체를 합성했습니다. 광전류는 BiVO4의 몰수가 증가함에 따라 처음에는 떨어지고 나중에는 상승합니다. 우리는 반도체-반도체 계면에서 전자-홀의 재결합에 의한 초기 광전류의 감소를 생각할 수 있습니다. 반면에, 향상된 광전류는 WO3 전극과 BiVO4 전극 사이에서의 향상된 전하 분리 때문입니다. 우리의 연구는 물 산화 반응에서 WO3와 BiVO4 사이의 중요한 관계를 보여줍니다. 제 2 장에서는, WO3 위에 단결정의 Bi2S3를 열수반응을 통해 합성하였습니다. 단결정 Bi2S3는 WO3 층 위에 직접적으로 균일하게 성장하였습니다. 이 WO3NP/Bi2S3NW 헤테로 접합은 다른 Bi2S3 전극보다 우수한 광전기화학적 (PEC) 활성을 보였습니다. 이 증가된 PEC 활성의 원인은 Bi2S3 전도대에서 WO3 전도대로의 효과적인 전자이동으로 Bi2S3 층에서 전하 분리가 향상되었기 때문입니다. In-situ 성장 방법을 통해 합성 된 표면 결함이 적은 헤테로접합 계면은 계면 사이에서의 낮은 저항을 유도합니다. 또한, Bi2S3 나노와이어의 단결정 구조는 단일 영역을 통한 직접적인 전기 통로를 제공 할 수 있습니다.
광전기화학적 (PEC) 물분해 반응은 화학 연료인 수소와 산소를 생산하는 유망한 방법입니다. 전도성 기판 위에 금속 산화물을 제조하는 것은 PEC 물분해 효율을 향상시키는 중요한 문제입니다. 제 1 장에서, 우리는 FTO (fluorine-doped tin oxide) 기판을 완전히 덮은 WO3 나노 결정의 제조를 위한 간편한 합성 방법을 개발했습니다. FTO 기판 위에 빈곳이 없는 WO3 층을 합성하는 것은 복합 구조에서 전하 분리 과정을 연구하는데 있어 필수적입니다. 또한, WO3와 BiVO4에서의 전자 분리 과정 연구를 위하여 WO3 위에 다양한 비율의 BiVO4를 올려 WO3/BiVO4 복합체를 합성했습니다. 광전류는 BiVO4의 몰수가 증가함에 따라 처음에는 떨어지고 나중에는 상승합니다. 우리는 반도체-반도체 계면에서 전자-홀의 재결합에 의한 초기 광전류의 감소를 생각할 수 있습니다. 반면에, 향상된 광전류는 WO3 전극과 BiVO4 전극 사이에서의 향상된 전하 분리 때문입니다. 우리의 연구는 물 산화 반응에서 WO3와 BiVO4 사이의 중요한 관계를 보여줍니다. 제 2 장에서는, WO3 위에 단결정의 Bi2S3를 열수반응을 통해 합성하였습니다. 단결정 Bi2S3는 WO3 층 위에 직접적으로 균일하게 성장하였습니다. 이 WO3NP/Bi2S3NW 헤테로 접합은 다른 Bi2S3 전극보다 우수한 광전기화학적 (PEC) 활성을 보였습니다. 이 증가된 PEC 활성의 원인은 Bi2S3 전도대에서 WO3 전도대로의 효과적인 전자이동으로 Bi2S3 층에서 전하 분리가 향상되었기 때문입니다. In-situ 성장 방법을 통해 합성 된 표면 결함이 적은 헤테로접합 계면은 계면 사이에서의 낮은 저항을 유도합니다. 또한, Bi2S3 나노와이어의 단결정 구조는 단일 영역을 통한 직접적인 전기 통로를 제공 할 수 있습니다.
Photoelectrochemical (PEC) water splitting to its constituents, hydrogen and oxygen, is a promising approach to producing chemical fuels. The preparation of metal oxides on a conductive substrate with a well-defined structure has been an important issue for improving the efficiency of PEC water spli...
Photoelectrochemical (PEC) water splitting to its constituents, hydrogen and oxygen, is a promising approach to producing chemical fuels. The preparation of metal oxides on a conductive substrate with a well-defined structure has been an important issue for improving the efficiency of PEC water splitting. In Chapter 1, we have developed a facile synthetic process for the manufacture of WO3 nanocrystals with full coverage on a fluorine-doped tin oxide (FTO) substrate. The preparation of WO3 as a continuous film on the FTO substrate is indispensable to study charge separation processes in its composite structure. Typically, various ratios of WO3/BiVO4 composite structures were prepared with the WO3 held constant to investigate charge separation processes in WO3 and BiVO4 for efficient PEC water oxidation. The photocurrent initially drops and then rises with growing BiVO4 molar ratios. We attribute this initial decrease in photocurrent to electron-hole recombination at the semiconductor-semiconductor interface. On the other hand, an improved photocurrent is attributed to enhanced charge separation of BiVO4 on the WO3 electrode. Our work reveals the important relationship between WO3 and BiVO4 in water oxidation reaction. In Chapter 2, a well-defined WO3/Bi2S3 heterojunction, comprising single -crystalline Bi2S3 nanowire (Bi2S3NW) layers on top of the WO3 nanoparticles (WO3NP), was synthesized via an in-situ hydrothermal reaction. The single-crystalline Bi2S3 nanowires were uniformly grown and directly anchored on the surface of the WO3 nanoparticle layer. The resulting WO3NP/Bi2S3NW heterojunction showed photoelectrochemical (PEC) activity superior to those of other Bi2S3 electrodes. The origin of this enhanced PEC activity is mainly attributed to the enhancement of charge separation on the Bi2S3 layer, due to the effective photogenerated electron transfer from the Bi2S3 conduction band to that of WO3. The uniform heterojunction interface with less interfacial defects generated through the in-situ growth method also leads to a lower resistance at the interface between the different domains. Furthermore, the single-crystalline longitudinal structure of the Bi2S3 nanowires can provide a direct electrical pathway through a single domain of nanowires.
Photoelectrochemical (PEC) water splitting to its constituents, hydrogen and oxygen, is a promising approach to producing chemical fuels. The preparation of metal oxides on a conductive substrate with a well-defined structure has been an important issue for improving the efficiency of PEC water splitting. In Chapter 1, we have developed a facile synthetic process for the manufacture of WO3 nanocrystals with full coverage on a fluorine-doped tin oxide (FTO) substrate. The preparation of WO3 as a continuous film on the FTO substrate is indispensable to study charge separation processes in its composite structure. Typically, various ratios of WO3/BiVO4 composite structures were prepared with the WO3 held constant to investigate charge separation processes in WO3 and BiVO4 for efficient PEC water oxidation. The photocurrent initially drops and then rises with growing BiVO4 molar ratios. We attribute this initial decrease in photocurrent to electron-hole recombination at the semiconductor-semiconductor interface. On the other hand, an improved photocurrent is attributed to enhanced charge separation of BiVO4 on the WO3 electrode. Our work reveals the important relationship between WO3 and BiVO4 in water oxidation reaction. In Chapter 2, a well-defined WO3/Bi2S3 heterojunction, comprising single -crystalline Bi2S3 nanowire (Bi2S3NW) layers on top of the WO3 nanoparticles (WO3NP), was synthesized via an in-situ hydrothermal reaction. The single-crystalline Bi2S3 nanowires were uniformly grown and directly anchored on the surface of the WO3 nanoparticle layer. The resulting WO3NP/Bi2S3NW heterojunction showed photoelectrochemical (PEC) activity superior to those of other Bi2S3 electrodes. The origin of this enhanced PEC activity is mainly attributed to the enhancement of charge separation on the Bi2S3 layer, due to the effective photogenerated electron transfer from the Bi2S3 conduction band to that of WO3. The uniform heterojunction interface with less interfacial defects generated through the in-situ growth method also leads to a lower resistance at the interface between the different domains. Furthermore, the single-crystalline longitudinal structure of the Bi2S3 nanowires can provide a direct electrical pathway through a single domain of nanowires.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.