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The formation of Z-scheme CdS/CdO nanorods on FTO substrates: The shell thickness effects on the flat band potentials
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2017
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SCOPUS,SCIE
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학술저널
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176-185(10쪽)
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<P><B>Abstract</B></P> <P>CdS/CdO core/shell nanorod photoelectrochemical electrodes were prepared and the working mechanism of n-/n-type Z-scheme band structures is proposed based upon the shell thickness variation. A mild solution chemistry enabled the vertical growth of CdS nanorods on the low-cost conductive glass substrates. The thermal decomposition of Cd(NO<SUB>3</SUB>)<SUB>2</SUB>·4H<SUB>2</SUB>O coated on the CdS nanorod surface successfully introduced CdS/CdO core/shell nanorod electrodes. The formation of CdO shell on CdS nanorods led to the improved photoelectrochemical performance through constructing the n-/n-type Z-scheme band structure. From the Mott-Schottky and the open-circuit potential analyses, the variation in the flat band potentials were monitored to understand the change in the photovoltage of the n-/n-type Z-scheme nanorod electrodes regarding the CdO shell thickness. The core/shell nanorod electrodes having the shell thickness equal to or smaller than the space charge region width exhibited higher photovoltages than those of others. This could be the outcome of the effective charge separation coming from the absence of the bulk region in which the electron transport is disturbed by boundaries. Finally, the optimum CdO shell thickness of CdS/CdO electrodes was determined to be ~2nm and their corresponding photocurrent density was measured to be ~4.35mA/cm<SUP>2</SUP>, which is a ~22% increased value compared to that of bare CdS nanorod electrodes.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Direct growth of high-density and uniform CdS nanorods on FTO substrates vertically via the SLS method. </LI> <LI> Z-scheme energy band structure by formation of CdS/CdO core/shell nanorods. </LI> <LI> The CdO shell formation resulted in the negative shift of the onset, flat band and open-circuit potentials. </LI> <LI> Delicate control of CdO shell thickness and their effects on the flat band potential of the core/shell nanorod system. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>Enhanced water splitting performance arising from the Z-scheme band structure formation is achieved by the growth of vertically aligned CdS/CdO core/shell nanorods on FTO substrates via a solution based approach. By controlling CdO shell thickness, it is demonstrated that the space charge region plays a critical role in determining the photovoltages of core/shell electrodes having Z-scheme band structure.</P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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