journal article·2021-08-23Open access

WO3/BiVO4 Photoanodes: Facets Matching at the Heterojunction and BiVO4 Layer Thickness Effects

Ivan Grigioni, Giovanni Di Liberto, Maria Vittoria Dozzi, Sergio Tosoni, Gianfranco Pacchioni, Elena Selli

ACS Applied Energy Materials· Volume 4· Issue 8

Abstract

Photoelectrochemical solar energy conversion offers a way to directly store light into energy-rich chemicals. Photoanodes based on the WO 3 /BiVO 4 heterojunction are most effective mainly thanks to the efficient separation of photogenerated charges. The WO 3 /BiVO 4 interfacial space region in the heterojunction is investigated here with the increasing thickness of the BiVO 4 layer over a WO 3 scaffold. On the basis of X-ray diffraction analysis results, density functional theory simulations show a BiVO 4 growth over the WO 3 layer along the BiVO 4 {010} face, driven by the formation of a stable interface with new covalent bonds, with a favorable band alignment and band bending between the two oxides. This crystal facet phase matching allows a smooth transition between the electronic states of the two oxides and may be a key factor ensuring the high efficiency attained with this heterojunction. The photoelectrochemical activity of the WO 3 /BiVO 4 photoanodes depends on both the irradiation wavelength and the thickness of the visible-light-absorbing BiVO 4 layer, a 75 nm thick BiVO 4 layer on WO 3 being best performing.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advanced Photocatalysis Techniques · Gas Sensing Nanomaterials and Sensors · ZnO doping and properties

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Milano, Via Golgi 19, 20133 Milano, Italy

Dipartimento di Scienza dei Materiali, Università di Milano-Bicocca, Via Cozzi 55, 20125 Milano, Italy

Funding

Fondazione Cariplo · H2020 Marie SkÅ?odowska-Curie Actions · European Cooperation in Science and Technology · Dipartimenti di Eccellenza · Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca · University of Milano

References (75)

Show source-provided references
1. 10.1039/c8cs00699g10.1039/c8cs00699g ↗
2. 10.1021/ja101564f10.1021/ja101564f ↗
3. 10.1021/ja011315x10.1021/ja011315x ↗
4. 10.1021/ja404030x10.1021/ja404030x ↗
5. 10.1021/acsaem.0c0102110.1021/acsaem.0c01021 ↗
6. 10.1038/s41560-017-0057-010.1038/s41560-017-0057-0 ↗
7. 10.1038/nenergy.2016.19110.1038/nenergy.2016.191 ↗
8. 10.1038/ncomms319510.1038/ncomms3195 ↗
9. 10.1126/science.124691310.1126/science.1246913 ↗
10. 10.1021/jp300755210.1021/jp3007552 ↗
11. 10.1016/j.apcatb.2019.11851310.1016/j.apcatb.2019.118513 ↗
12. 10.1039/c1ee02444b10.1039/c1ee02444b ↗
13. 10.1021/jp203004v10.1021/jp203004v ↗
14. 10.1002/ange.20191130310.1002/ange.201911303 ↗
15. 10.1016/j.cej.2020.12436510.1016/j.cej.2020.124365 ↗
16. 10.1021/jp401972h10.1021/jp401972h ↗
17. 10.1039/c0ee00743a10.1039/c0ee00743a ↗
18. 10.1038/ncomms1194310.1038/ncomms11943 ↗
19. 10.1038/srep1114110.1038/srep11141 ↗
20. 10.1016/j.cej.2018.05.10010.1016/j.cej.2018.05.100 ↗
21. 10.1002/celc.20180123310.1002/celc.201801233 ↗
22. 10.1021/acsami.8b1826110.1021/acsami.8b18261 ↗
23. 10.1021/acsenergylett.9b0115010.1021/acsenergylett.9b01150 ↗
24. 10.1039/C8SC04679D10.1039/C8SC04679D ↗
25. 10.1021/acs.jpcc.5b0512810.1021/acs.jpcc.5b05128 ↗
26. 10.1021/jz401325710.1021/jz4013257 ↗
27. 10.1021/jacs.8b0830910.1021/jacs.8b08309 ↗
28. 10.1088/1361-648X/ab440b10.1088/1361-648X/ab440b ↗
29. 10.1002/adfm.20160071110.1002/adfm.201600711 ↗
30. 10.1039/c4sc00469h10.1039/c4sc00469h ↗
31. 10.1021/jp509930s10.1021/jp509930s ↗
32. 10.1021/acs.nanolett.5b0387110.1021/acs.nanolett.5b03871 ↗
33. 10.1016/j.apcatb.2018.12.05810.1016/j.apcatb.2018.12.058 ↗
34. 10.1021/cg901212510.1021/cg9012125 ↗
35. 10.1002/wcms.136010.1002/wcms.1360 ↗
36. 10.1063/1.156406010.1063/1.1564060 ↗
37. 10.1063/1.208517010.1063/1.2085170 ↗
38. 10.1021/acs.jctc.9b0054510.1021/acs.jctc.9b00545 ↗
39. 10.1016/S0022-4596(03)00238-X10.1016/S0022-4596(03)00238-X ↗
40. 10.1063/1.44880010.1063/1.448800 ↗
41. 10.1063/1.44879910.1063/1.448799 ↗
42. 10.1021/jp201057m10.1021/jp201057m ↗
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44. 10.1088/1361-648x/ab2fa410.1088/1361-648x/ab2fa4 ↗
45. 10.1002/jcc.2601310.1002/jcc.26013 ↗
46. 10.1021/acs.chemmater.9b0504710.1021/acs.chemmater.9b05047 ↗
47. 10.1021/jp306160c10.1021/jp306160c ↗
48. 10.1021/jp991179710.1021/jp9911797 ↗
49. 10.1021/nl200074310.1021/nl2000743 ↗
50. 10.1039/c1ra00301a10.1039/c1ra00301a ↗
51. 10.1088/1361-648X/abc35710.1088/1361-648X/abc357 ↗
52. 10.1038/ncomms240110.1038/ncomms2401 ↗
53. 10.1021/acssuschemeng.0c0206310.1021/acssuschemeng.0c02063 ↗
54. 10.1063/1.149888910.1063/1.1498889 ↗
55. 10.1107/S056774086900414610.1107/S0567740869004146 ↗
56. 10.1016/0025-5408(72)90227-910.1016/0025-5408(72)90227-9 ↗
57. 10.7498/aps.32.105310.7498/aps.32.1053 ↗
58. 10.1039/c6ra28006d10.1039/c6ra28006d ↗
59. 10.1039/c0cp01871f10.1039/c0cp01871f ↗
60. 10.1038/s41524-019-0160-910.1038/s41524-019-0160-9 ↗
61. 10.1002/adfm.20200947210.1002/adfm.202009472 ↗
62. 10.1016/j.matchemphys.2005.09.05210.1016/j.matchemphys.2005.09.052 ↗
63. 10.1021/acs.jpcc.9b0585810.1021/acs.jpcc.9b05858 ↗
64. 10.1016/j.mattod.2018.04.00810.1016/j.mattod.2018.04.008 ↗
65. 10.1021/acs.jpcc.7b0791410.1021/acs.jpcc.7b07914 ↗
66. 10.1039/C9CP03930A10.1039/C9CP03930A ↗
67. 10.1103/PhysRevB.35.815410.1103/PhysRevB.35.8154 ↗
68. 10.1002/adma.20160169410.1002/adma.201601694 ↗
69. 10.1039/C4CS00126E10.1039/C4CS00126E ↗
70. 10.1021/acs.jpclett.9b0050410.1021/acs.jpclett.9b00504 ↗
71. 10.1016/j.cej.2017.05.17910.1016/j.cej.2017.05.179 ↗
72. 10.3390/nano1106158110.3390/nano11061581 ↗
73. 10.1039/D0NR03577G10.1039/D0NR03577G ↗
74. 10.1021/acsenergylett.7b0021610.1021/acsenergylett.7b00216 ↗
75. 10.1016/j.cattod.2018.11.05010.1016/j.cattod.2018.11.050 ↗