journal article·2023-06-21Open access

Creation and Plasmon-Assisted Photosensitization of Annealed Z-Schemes for Sunlight-Only Water Splitting

Denis Zabelin, Kamil Severa, Jaroslav Kuliček, Bohuslav Rezek, Anastasiia Tulupova, Roman Elashnikov, Anna Zabelina, Vasilii Burtsev, Petr Sajdl, Elena Miliutina, Vaclav Svorcik, Oleksiy Lyutakov

ACS Applied Materials & Interfaces· Volume 15· Issue 24

Abstract

Solely light-induced water splitting represents a promising avenue for a carbon-free energy future, based on reliable energy sources. Such processes can be performed using coupled semiconductor materials (the so-called direct Z-scheme design) that facilitate spatial separation of (photo)excited electrons and holes, prevent their recombination, and allow water-splitting half-reactions proceeding at each corresponding semiconductor side. In this work, we proposed and prepared a specific structure, based on WO3g–x/CdWO4/CdS coupled semiconductors, created by annealing of a common WO3/CdS direct Z-scheme. WO3–x/CdWO4/CdS flakes were further combined with a plasmon-active grating for the creation of the so-called artificial leaf design, making possible complete utilization of the sunlight spectrum. The proposed structure enables water splitting with high production of stoichiometric amounts of oxygen and hydrogen without undesirable catalyst photodegradation. Several control experiments confirm the creation of electrons and holes participating in the water splitting half-reaction in a spatially selective manner.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advanced Photocatalysis Techniques · Ga2O3 and related materials · Perovskite Materials and Applications

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

Affiliations

Department of Solid State Engineering, University of Chemistry and Technology, 16628 Prague, Czech Republic

Faculty of Electrical Engineering, Czech Technical University in Prague, 16627 Prague, Czech Republic

Funding

European Commission · Grantov?? Agentura Cesk?? Republiky · Ministerstvo Skolstv??, Ml??deze a Telov??chovy

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1016/j.ijhydene.2019.08.01010.1016/j.ijhydene.2019.08.010 ↗
2. 10.1007/s10311-022-01435-810.1007/s10311-022-01435-8 ↗
3. 10.1016/j.ijhydene.2018.10.20010.1016/j.ijhydene.2018.10.200 ↗
4. 10.1016/j.ijhydene.2021.07.18710.1016/j.ijhydene.2021.07.187 ↗
5. 10.1039/D1TA04505A10.1039/D1TA04505A ↗
6. 10.1021/acsaem.1c0224110.1021/acsaem.1c02241 ↗
7. 10.1002/adma.20200728510.1002/adma.202007285 ↗
8. 10.1039/D2TA02365B10.1039/D2TA02365B ↗
9. 10.1038/414625a10.1038/414625a ↗
10. 10.1021/acsami.2c2026110.1021/acsami.2c20261 ↗
11. 10.1021/ja202545410.1021/ja2025454 ↗
12. 10.1016/j.cej.2022.13644010.1016/j.cej.2022.136440 ↗
13. 10.14102/j.cnki.0254-5861.2022-015110.14102/j.cnki.0254-5861.2022-0151 ↗
14. 10.1002/adsu.20220013910.1002/adsu.202200139 ↗
15. 10.3866/PKU.WHXB20201005910.3866/PKU.WHXB202010059 ↗
16. 10.1002/adfm.20150477510.1002/adfm.201504775 ↗
17. 10.1016/j.cej.2017.03.13910.1016/j.cej.2017.03.139 ↗
18. 10.1002/adma.20200538910.1002/adma.202005389 ↗
19. 10.1016/j.ijhydene.2017.11.09410.1016/j.ijhydene.2017.11.094 ↗
20. 10.14102/j.cnki.0254-5861.2011-275210.14102/j.cnki.0254-5861.2011-2752 ↗
21. 10.14102/j.cnki.0254-5861.2022-012410.14102/j.cnki.0254-5861.2022-0124 ↗
22. 10.1016/S1872-2067(21)63949-910.1016/S1872-2067(21)63949-9 ↗
23. 10.1002/anie.20130170910.1002/anie.201301709 ↗
24. 10.1039/C3CC46342G10.1039/C3CC46342G ↗
25. 10.1038/s41467-021-21284-310.1038/s41467-021-21284-3 ↗
26. 10.1016/j.apcatb.2019.04.00910.1016/j.apcatb.2019.04.009 ↗
27. 10.1002/ange.20190263410.1002/ange.201902634 ↗
28. 10.1002/adsu.20220018910.1002/adsu.202200189 ↗
29. 10.1016/j.apcatb.2020.11861910.1016/j.apcatb.2020.118619 ↗
30. 10.3866/PKU.WHXB20200909710.3866/PKU.WHXB202009097 ↗
31. 10.1016/j.mattod.2018.04.00810.1016/j.mattod.2018.04.008 ↗
32. 10.1016/j.jallcom.2020.15459110.1016/j.jallcom.2020.154591 ↗
33. 10.1016/S1872-2067(21)63883-410.1016/S1872-2067(21)63883-4 ↗
34. 10.14102/j.cnki.0254-5861.2022-009610.14102/j.cnki.0254-5861.2022-0096 ↗
35. 10.1016/S1872-2067(21)63844-510.1016/S1872-2067(21)63844-5 ↗
36. 10.1002/adma.20210519510.1002/adma.202105195 ↗
37. 10.1016/j.jechem.2020.12.01010.1016/j.jechem.2020.12.010 ↗
38. 10.1002/adsu.20210049810.1002/adsu.202100498 ↗
39. 10.1016/j.watres.2018.03.00710.1016/j.watres.2018.03.007 ↗
40. 10.1016/j.cej.2020.12556910.1016/j.cej.2020.125569 ↗
41. 10.1016/j.apsusc.2019.01.15710.1016/j.apsusc.2019.01.157 ↗
42. 10.1016/j.ijhydene.2017.09.07510.1016/j.ijhydene.2017.09.075 ↗
43. 10.1002/cssc.20160087110.1002/cssc.201600871 ↗
44. 10.1039/C5TA07561K10.1039/C5TA07561K ↗
45. 10.1021/am403327g10.1021/am403327g ↗
46. 10.1016/j.electacta.2017.09.01110.1016/j.electacta.2017.09.011 ↗
47. 10.1021/acsami.0c0402910.1021/acsami.0c04029 ↗
48. 10.1016/j.electacta.2018.05.07610.1016/j.electacta.2018.05.076 ↗
49. 10.1007/s40843-017-9172-x10.1007/s40843-017-9172-x ↗
50. 10.1016/j.jpowsour.2021.23015910.1016/j.jpowsour.2021.230159 ↗
51. 10.1038/nmat173410.1038/nmat1734 ↗
52. 10.1016/j.ijhydene.2018.02.00710.1016/j.ijhydene.2018.02.007 ↗
53. 10.1016/j.apsusc.2019.14384310.1016/j.apsusc.2019.143843 ↗
54. 10.1016/j.apcatb.2020.11901710.1016/j.apcatb.2020.119017 ↗
55. 10.1016/j.apcatb.2020.11948210.1016/j.apcatb.2020.119482 ↗
56. 10.1016/j.cej.2020.12670410.1016/j.cej.2020.126704 ↗
57. 10.1016/j.mseb.2020.11454910.1016/j.mseb.2020.114549 ↗
58. 10.1002/smll.20150092610.1002/smll.201500926 ↗
59. 10.1016/j.apcatb.2016.12.01810.1016/j.apcatb.2016.12.018 ↗
60. 10.1016/j.cej.2020.12525810.1016/j.cej.2020.125258 ↗
61. 10.1021/acsami.2c0264910.1021/acsami.2c02649 ↗
62. 10.1016/j.apcatb.2020.11864410.1016/j.apcatb.2020.118644 ↗
63. 10.1021/acsami.1c1069810.1021/acsami.1c10698 ↗
64. 10.1016/j.electacta.2018.11.06110.1016/j.electacta.2018.11.061 ↗
65. 10.1039/C8CY00994E10.1039/C8CY00994E ↗
66. 10.1021/acsami.0c2282510.1021/acsami.0c22825 ↗
67. 10.1016/j.apcatb.2018.11.01110.1016/j.apcatb.2018.11.011 ↗
68. 10.1021/acsaem.8b0160010.1021/acsaem.8b01600 ↗
69. 10.1039/C6CP02599D10.1039/C6CP02599D ↗
70. 10.1016/j.apsusc.2021.15177310.1016/j.apsusc.2021.151773 ↗
71. 10.1038/s41929-018-0181-710.1038/s41929-018-0181-7 ↗
72. 10.1016/j.surfin.2021.10169510.1016/j.surfin.2021.101695 ↗
73. 10.1007/s10853-009-3652-z10.1007/s10853-009-3652-z ↗
74. 10.1039/C9NR09183A10.1039/C9NR09183A ↗
75. 10.1016/j.apcatb.2017.12.06710.1016/j.apcatb.2017.12.067 ↗
76. 10.1039/C9TA01044K10.1039/C9TA01044K ↗
77. 10.1021/acs.jpclett.9b0236510.1021/acs.jpclett.9b02365 ↗
78. 10.1016/j.mtener.2022.10104410.1016/j.mtener.2022.101044 ↗
79. 10.1039/C9NR00168A10.1039/C9NR00168A ↗
80. 10.1016/j.cej.2020.12703010.1016/j.cej.2020.127030 ↗
81. 10.1021/acsami.0c1625310.1021/acsami.0c16253 ↗
82. 10.1039/C9SC05909A10.1039/C9SC05909A ↗
83. 10.1016/j.cej.2021.13147810.1016/j.cej.2021.131478 ↗
84. 10.1016/j.cej.2019.12219210.1016/j.cej.2019.122192 ↗
85. 10.1016/j.nanoen.2017.07.03910.1016/j.nanoen.2017.07.039 ↗
86. 10.1016/j.fuel.2022.12683210.1016/j.fuel.2022.126832 ↗
87. 10.1016/j.cej.2021.13447610.1016/j.cej.2021.134476 ↗
88. 10.1016/j.materresbull.2022.11178210.1016/j.materresbull.2022.111782 ↗
89. 10.1016/j.optlastec.2022.10801410.1016/j.optlastec.2022.108014 ↗
90. 10.1039/D2EY00031H10.1039/D2EY00031H ↗
91. 10.1038/s41563-023-01519-y10.1038/s41563-023-01519-y ↗
92. 10.1002/aenm.20220029810.1002/aenm.202200298 ↗
93. 10.1038/s41467-022-30035-x10.1038/s41467-022-30035-x ↗
94. 10.1021/cs500794j10.1021/cs500794j ↗
95. 10.1016/j.ijhydene.2019.03.16810.1016/j.ijhydene.2019.03.168 ↗
96. 10.1063/1.486442010.1063/1.4864420 ↗
97. 10.1021/la400831210.1021/la4008312 ↗
98. 10.1021/acsami.0c1969210.1021/acsami.0c19692 ↗
99. 10.1021/acsami.1c2100110.1021/acsami.1c21001 ↗
100. 10.1021/acs.jpcc.9b0690710.1021/acs.jpcc.9b06907 ↗