Texture & Heterostructure Engineering of Bismuth vanadate for Enhanced Photoelectrochemical Water-splitting
- 주제(키워드) Bismuth vanadate , heterostructure , dual-textured , charge collection , photoelectrochemical water splitting
- 주제(DDC) 621.042
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 조인선
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032141
- 본문언어 영어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
Heterostructure engineering, combining dissimilar materials into a single substrate, allows the alteration of the optical, electrical, and electrochemical properties of photoelectrodes for photoelectrochemical (PEC) water splitting. Herein, we successfully synthesized a novel dual-textured BiVO4 / Sb:SnO2 heterostructure as a photoanode for PEC water-splitting devices. Sb:SnO2 (ATO) nanorods (NRs) with a [001] growth orientation were first grown on a fluorine-doped tin oxide substrate by a hydrothermal method. Subsequently, the BiVO4 (BVO) seed layer was deposited on the ATO NRs using a solution spin-coating followed by a second hydrothermal growth to synthesize the dual-textured BVO/ATO heterostructure (dt-BAH). The resultant dt-BAH photoanode was composed of (001)-textured BVO on the [001]-oriented single-crystalline ATO NRs, and their interface exhibited intimate junctions. In addition, the textured BVO exhibited two different facets of (001) and (101). Notably, the synthesized dt-BAH photoanode showed a considerable enhancement in charge collection performance, resulting in a photocurrent density approximately four times higher than that of the textured BVO grown on the randomly oriented ATO nanoparticle film (single-textured BAH). Our results provide new insights into heterostructure design for the development of efficient photoelectrodes.
more초록/요약
단일 기판위에 서로다른 재료를 결합하는 이종접합 공학은 광전기화학 물분해 (Photoelectrochemical water splitting : PEC)를 위한 광전극의 광학적,전기적, 및 전기화학적 특성을 개선할 수 있다. 본 논문에서는 광전기화학 (PEC) 물분해를 위한 광음극으로서 새로운 이중 배향된 BiVO4/Sb:SnO2 이종접합 구조를 성공적으로 합성하였다. 먼저 수열합성법을 통해 불소가 도핑된 산화주석 기판 (FTO)위에 [001] 방향으로 우선 배향된 안티모니 도핑된 산화주석 나노로드 (ATO NRs)를 먼저 성장시켰다. 이어서, 스핀코팅을 통해 BiVO4(BVO) 시드층을 ATO NRs위에 코팅한 후, 2차 수열합성을 통해 이중 배향된 BVO/ATO 이종접합을 합성하였다. 이중배향 이종접합구조 (Dual-textured BVO/ATO heterostructure:dt-BAH)는 [001] 배향의 단결정 ATO NRs와 (001) 배향된 BVO로 구성되어 있으며 정렬된 계면을 가진다. 또한 배향된 BVO의 경우 표면에 (001)과 (101)의 두 가지 다른 면을 가지고 있다. 이렇게 합성된 dt-BAH는 전하 수집능력이 크게 향상되어 무작위로 배향된 ATO nanoparticles 필름에서 성장한 배향된 BVO보다 약 4배 향상된 광전류 밀도를 나타내었다. 본 연구의 결과는 효율적인 광전극 개발을 위한 이종접합 구조 설계에 대한 새로운 관점을 제공하며, 다양한 에너지 분야에도 적용이 가능할 것을 보여주었다.
more목차
1 Introduction 1
1.1 Photoelectrochemical (PEC) water splitting 1
1.2 Strategies to improve PEC performance 1
1.2.1 Heterostructure engineering 1
1.2.2 Texture engineering 2
1.3 The aim of this thesis 2
2 Experimental 3
2.1 Materials synthesis 3
2.1.1 Synthesis of Sb:SnO2 nanorods & nanoparticles films 3
2.1.2 Textured BiVO4 4
2.1.3 Cobalt/Iron Oxygen evolution electrocatalyst (OEC) 5
2.2 Materials characterization 5
2.3 (Photo)electrochemical measurement 6
2.4 Gas chromatography (GC) measurements 8
3 Results and Discussion 9
3.1 Synthesis of dual-textured BiVO4/Sb:SnO2 heterostructure 9
3.2 Optical properties and PEC performances 23
3.3 Further improvement of PEC performances 35
4 Conclusion 45
5 Reference 46
6 국문요약 53
