La división fotoelectroquímica del agua (PEC) es una estrategia potencialmente viable para convertir la energía solar en hidrógeno verde. Sin embargo, los sistemas PEC actuales adolecen de una eficiencia de separación de carga relativamente baja y una reacción de oxidación del agua lenta, lo que les impide satisfacer las necesidades de las aplicaciones prácticas. El principal obstáculo es lograr una separación espacial de carga efectiva, que es crucial para lograr una conversión eficiente de energía solar a hidrógeno.
La ingeniería de heterounión es uno de los métodos más prometedores para la separación espacial de cargas, sin embargo, la eficiencia de separación de portadores de la heterounión sigue siendo limitada debido a la coincidencia de bandas de energía o la compatibilidad interfacial y estructural entre diferentes semiconductores. Mientras tanto, se ha demostrado que la construcción de una homounión p-n mediante el control fino de dopantes o defectos en los semiconductores es factible, pero el fenómeno que neutraliza el campo eléctrico interfacial mediante la rápida acumulación de portadores durante el proceso de transferencia es en gran medida insignificante.
Con ese fin, un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Tecnología Química de la Universidad de Tianjin diseñó un sistema único de n-TiO2. /BaTiO3 /p-TiO2 heterounión que se acopla con efecto piezoeléctrico y uniones p-n para superar la separación de carga y la limitación de transferencia de la unión p-n.
"En nuestra heterounión diseñada, el ferroeléctrico BaTiO3 La capa está entre n-TiO2. con vacantes de oxígeno y p-TiO2 con vacantes de titanio", comparte Minhua Ai, autor principal del estudio publicado en la revista Green Energy &Environment . "En consecuencia, el TBT3 logra una densidad de fotocorriente prominente que es 2,4 y 1,5 veces mayor que la del TiO2 y TiO2 –BaTiO3 heterounión, respectivamente."
En particular, impulsado por la deformación mecánica, un campo eléctrico polarizado estable formado en BaTiO3 ferroeléctrico puede regular aún más los campos eléctricos incorporados basándose en caracterizaciones integrales de los comportamientos de los portadores de carga en dicha heterounión múltiple. Y n-TiO2 /BaTiO3 /p-TiO2 La heterounión logra un rendimiento PEC piezoeléctrico mejorado (2,84 veces mayor que el TiO2). a 1,23 V frente a RHE).
"Basado en el acoplamiento con efecto piezoeléctrico y uniones p-n, nuestro trabajo proporciona una estrategia de polarización piezoeléctrica para modular el campo eléctrico incorporado de la heterounión para mejorar la separación de carga", añade el autor principal y correspondiente Lun Pan.
Más información: Minhua Ai et al, Heterounión piezoeléctrica mejorada de n-TiO2/BaTiO3/p-TiO2 para fotoelectrocatálisis altamente eficiente, Energía verde y medio ambiente (2023). DOI:10.1016/j.gee.2023.12.001
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