Facile synthesis of Bi<sub>2</sub>S<sub>3</sub> nanosheet/Zr:Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> nanorod heterojunction: Effect of Ag interlayer on the change transport and photoelectrochemical stability
저자
Mahadik, Mahadeo A. ; Park, Jin Woo ; Chae, Weon-Sik ; Choi, Sun Hee ; Chung, Hee-Suk ; Cho, Min ; Jang, Jum Suk
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학술지명
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발행연도
2019
작성언어
-주제어
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학술저널
수록면
311-321(11쪽)
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<P><B>Abstract</B></P> <P>In this work, the hydrothermal approach has been used to prepare and control the morphology of Bi<SUB>2</SUB>S<SUB>3</SUB> nanosheet (NS)/Zr doped Fe<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> nanorod (NR) heterojunction grown on fluorine doped tin oxide (FTO) phoptoelectrodes. The effect of morphology of Bi<SUB>2</SUB>S<SUB>3</SUB> NS was examined by comparing the photocatalytic activity of Zr:Fe<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> nanorod with synthesized heterojunctions. This novel heterojunction photoanode exhibits the light harvesting, the photoinduced electron–hole separation and yielding a maximum photocurrent density of ∼1.27mAcm<SUP>−2</SUP> at −0.4V vs. Ag/AgCl under one sun illumination. Bi<SUB>2</SUB>S<SUB>3</SUB> NS on surface of the Zr:Fe<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> NR will act as the active material which shows the dramatic improvement in photocurrent generation. Further, effect of silver interlayer on the interface properties of Bi<SUB>2</SUB>S<SUB>3</SUB> NS/Zr:Fe<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> NR heterojunction was also studied. The results indicated that the silver interlayer reduces charge recombination at interface of Bi<SUB>2</SUB>S<SUB>3</SUB> and Zr:Fe<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>. Also, the surface plasmon resonance of Ag and controlled morphology enhances the performance (1.5mAcm<SUP>−2</SUP> at −0.4V) as well as improves the stability of Bi<SUB>2</SUB>S<SUB>3</SUB>/Zr:Fe<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> heterojunction photoelectrode. This unique design of the nanoarchitecture provides an attractive pathway for the photogenerated electrons and the silver interlayers has great impact on enhancing charge separation and improving stability of photoanode.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Bi<SUB>2</SUB>S<SUB>3</SUB> nanosheet/Zr:Fe<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> nanorod photoanodes were prepared first time via hydrothermal process. </LI> <LI> Morphology control of Bi<SUB>2</SUB>S<SUB>3</SUB> sensitizer network led to enhanced light harvesting. </LI> <LI> Ag interlayer reduces the energy barrier at the interface of heterojunction and charge recombination’s. </LI> <LI> Unique design of heterostructure exhibits an attractive pathway for enhancing photoelectrochemical performance and stability. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>Morphology controlled Ag nanoparticles bridged Bi<SUB>2</SUB>S<SUB>3</SUB> anosheet/Zr:Fe<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> heterojunction photoanode was successfully prepared through hydrothermal approach. Improved stability of the structure is due to the combination of SPR and synergistic effects of Bi<SUB>2</SUB>S<SUB>3</SUB> anosheet and Zr:Fe<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> nanorods.</P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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