用于高效太阳能驱动光电催化制氢的3D异质结构Ti基Bi2MoO6/Pd/TiO2光催化剂

摘要： 利用太阳能通过光电化学（PEC）方法制取氢燃料，有助于满足全球日益增长的能源需求并减少环境污染。实现高效PEC产氢的关键在于合成具有高效载流子分离能力的太阳光驱动光电极。本研究采用电化学方法，在钛基底上设计制备了由Bi2MoO6纳米片、Pd纳米颗粒（NPs）和TiO2纳米管阵列（NTAs）组成的三元Bi2MoO6/Pd/TiO2光电极。该新型光电极具有良好的可见光吸收性能，在紫外-可见光和可见光照射下的PEC产氢速率较TiO2 NTAs分别显著提升约5倍和超过15倍。通过对比Bi2MoO6/Pd/TiO2 NTAs与其他TiO2 NTAs（即Pd/TiO2 NTAs、Bi2MoO6/TiO2 NTAs和Pd/Bi2MoO6/TiO2 NTAs）的PEC及光电催化性能，我们全面研究了其界面电荷转移机制。在Bi2MoO6/Pd/TiO2 NTAs中，均匀分散于TiO2纳米管壁内外的Pd纳米颗粒能牢固锚定Bi2MoO6纳米片于TiO2表面，形成三元三维异质结构。该结构促进了Bi2MoO6向TiO2的界面电子注入，加速了光生电子-空穴对的分离，相比其他TiO2 NTAs实现了显著增强的光电流响应和产氢速率。这种三维三元半导体/金属/半导体异质结为设计和合成能有效利用太阳能的高效新型光催化剂提供了可行途径。