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Enhanced Photoelectrochemical Water Oxidation from CdTe Photoanodes Annealed with CdCl2

DOI:10.1002/anie.202000688 期刊:Angewandte Chemie International Edition 出版年份:2020 更新时间:2025-09-23 15:21:01
摘要: CdTe absorbs sunlight up to 830 nm and has the potential to promote efficient photoelectrochemical (PEC) water splitting. However, most CdTe photoanodes and CdTe photocathodes show positive and negative photocurrent onset potentials for water oxidation and reduction, respectively, and are thus unable to drive PEC water splitting without external applied biases. In this work, we enhanced the activity of a CdTe photoanode having an internal p-n junction during PEC water oxidation by applying a CdCl2 annealing treatment together with surface modifications. The resulting CdTe photoanode generated photocurrents of 1.8 and 5.4 mA cm-2 at 0.6 and 1.2 VRHE, respectively, with a photoanodic current onset potential of 0.22 VRHE under simulated sunlight (AM 1.5G). The CdCl2 annealing increased the grain sizes in this material and lowered the density of grain boundaries, allowing for more efficient charge separation. Consequently, a two-electrode tandem PEC cell comprising a CdTe-based photoanode and photocathode split water without any external bias at a solar-to-hydrogen conversion efficiency of 0.51% at the beginning of the reaction.
作者: Jin Su,Takashi Hisatomi,Tsutomu Minegishi,Kazunari Domen
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To enhance the activity of a CdTe photoanode for photoelectrochemical (PEC) water oxidation by applying a CdCl2 annealing treatment together with surface modifications, enabling efficient water splitting without external applied biases.

The CdCl2 annealing treatment significantly enhanced the PEC water oxidation activity of CdTe photoanodes by increasing grain sizes and decreasing grain boundary density, leading to more efficient charge separation. The treated photoanodes achieved high photocurrent densities and a negative onset potential, enabling overall water splitting without external bias. Future improvements could focus on enhancing the quality of surface modification materials and using more stable HER catalysts.

The stability of the CdTe photoanode was insufficient over extended periods, and the photocurrent decreased gradually. The TiO2 protective layer may not have completely covered the CdTe photoanode surface, leading to potential shifts and restricted photocurrent.

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