journal article·2019-06

Facile preparation of Ti3+/Ni co-doped TiO2 nanotubes photoanode for efficient photoelectrochemical water splitting

Zhenbiao Dong, Dongyan Ding, Ting Li, Congqin Ning

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Abstract

Abstract Photoelectrochemical (PEC) water splitting using TiO2-based nanostructures is one of the most promising strategies for sustainable energy development. Here we reported Ti3+/Ni co-doped TiO2 nanotubes for high-efficiency PEC water-splitting. The co-doped photoanode was prepared through Zn reduction of Ni-doped TiO2 nanotubes grown on Ti Ni alloy. Ti3+/Ni co-doping modified the energy band structure and narrowed the band gap to 2.84 eV, which enhanced optical absorption, increased the charge carriers, density and promoted charge separation-transport process. A remarkable solar to hydrogen conversion efficiency of 1.51% was achieved, which was about 10 times that of undoped TiO2. This work will facilitate developing novel co-doping approaches of Ti3+ species and other elements for enhancing PEC activity of undoped TiO2 nanotubes.
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Research context

OpenAlex topics: Advanced Photocatalysis Techniques · TiO2 Photocatalysis and Solar Cells · Copper-based nanomaterials and applications

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References (70)

Show source-provided references
1. Liu · Appl. Catal. B · 2011 · 102 · 15710.1016/j.apcatb.2010.11.037 ↗
2. Kuang · Appl. Surf. Sci. · 2009 · 255 · 738510.1016/j.apsusc.2009.04.005 ↗
3. K. Hashimoto, H. Irie, A. Fujishima, Jpn. J. Appl. Phys. Part 1 44 (2005) 8269–8285.10.1143/JJAP.44.8269 ↗
4. Fujishima · Nature · 1972 · 238 · 3710.1038/238037a0 ↗
5. Cheng · J. Phys. Chem. C · 2008 · 112 · 872510.1021/jp7097476 ↗
6. Mor · Sol. Energy Mater. Sol. Cells · 2006 · 90 · 201110.1016/j.solmat.2006.04.007 ↗
7. Nikolay · Energy Environ. Sci. · 2011 · 4 · 148010.1039/c0ee00678e ↗
8. Asahi · Science · 2001 · 293 · 26910.1126/science.1061051 ↗
9. Tsai · Appl. Surf. Sci. · 2008 · 254 · 491210.1016/j.apsusc.2008.01.140 ↗
10. Peng · Appl. Surf. Sci. · 2017 · 420 · 28610.1016/j.apsusc.2017.05.101 ↗
11. Murdoch · Nature Chem. · 2011 · 3 · 48910.1038/nchem.1048 ↗
12. Bach · Nature · 1998 · 395 · 58310.1038/26936 ↗
13. O'Regan · Nature · 1991 · 353 · 73710.1038/353737a0 ↗
14. Robel · J. Am. Chem. Soc. · 2006 · 128 · 238510.1021/ja056494n ↗
15. Yang · Appl. Surf. Sci. · 2016 · 364 · 41010.1016/j.apsusc.2015.12.157 ↗
16. Li · Nanoscale · 2016 · 8 · 1128410.1039/C6NR02430K ↗
17. Chen · Appl. Surf. Sci. · 2013 · 264 · 47610.1016/j.apsusc.2012.10.047 ↗
18. Mor · Nano Lett. · 2006 · 6 · 21510.1021/nl052099j ↗
19. Liu · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 398510.1021/ja8078972 ↗
20. Hwang · Nano Lett. · 2009 · 9 · 41010.1021/nl8032763 ↗
21. Wang · Nano Lett. · 2011 · 11 · 302610.1021/nl201766h ↗
22. Huang · J. Phys. Chem. C · 2017 · 121 · 1889210.1021/acs.jpcc.7b04071 ↗
23. Feng · Int. J. Hydrog. Energy · 2017 · 42 · 393810.1016/j.ijhydene.2016.10.087 ↗
24. Chen · Science · 2011 · 331 · 74610.1126/science.1200448 ↗
25. Chen · Chem. Soc. Rev. · 2015 · 44 · 186110.1039/C4CS00330F ↗
26. Naldoni · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 760010.1021/ja3012676 ↗
27. Yang · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 1783110.1021/ja4076748 ↗
28. Zhou · J. Am. Chem. Soc. · 2014 · 136 · 928010.1021/ja504802q ↗
29. Lin · Energy Environ. Sci. · 2014 · 7 · 96710.1039/c3ee42708k ↗
30. Liu · Int. J. Hydrog. Energy · 2015 · 40 · 210710.1016/j.ijhydene.2014.12.064 ↗
31. Liu · Phys. Rev. Lett. · 2013 · 111
32. Wang · Energy Environ. Sci. · 2013 · 6 · 300710.1039/c3ee41817k ↗
33. Zheng · Chem. Commun. · 2013 · 49 · 86810.1039/C2CC37976G ↗
34. Jiang · Green Chem. · 2016 · 18 · 205610.1039/C5GC02170G ↗
35. Kollbek · Appl. Surf. Sci. · 2016 · 380 · 7310.1016/j.apsusc.2016.02.080 ↗
36. Zakrzewska · Int. J. Hydrog. Energy · 2015 · 40 · 81510.1016/j.ijhydene.2014.09.097 ↗
37. Liu · RSC Adv. · 2015 · 5 · 9547810.1039/C5RA21805E ↗
38. Liu · Materials · 2014 · 7 · 326210.3390/ma7043262 ↗
39. Wang · RSC Adv. · 2015 · 5 · 5238810.1039/C5RA05861A ↗
40. Ratanatawanate · ACS Nano · 2008 · 2 · 168210.1021/nn800141e ↗
41. Qian · J. Mol. Struct. · 2005 · 749 · 10310.1016/j.molstruc.2005.04.002 ↗
42. Cui · J. Mater. Chem. A · 2014 · 2 · 861210.1039/C4TA00176A ↗
43. Zhang · J. Vac. Sci. Technol., B · 2014 · 32
44. Kim · J. Am. Ceram. Soc. · 2006 · 89 · 51510.1111/j.1551-2916.2005.00782.x ↗
45. Pino · Catal. Lett. · 2008 · 122 · 12110.1007/s10562-007-9357-5 ↗
46. Nakhate · Mater. Chem. Phys. · 2010 · 124 · 97610.1016/j.matchemphys.2010.08.007 ↗
47. Khan · Ind. Eng. Chem. Res. · 2016 · 55 · 661910.1021/acs.iecr.6b01104 ↗
48. Li · J. Mater. Chem. A · 2014 · 2 · 22910.1039/C3TA13963H ↗
49. Zhang · Mater. Lett. · 2013 · 100 · 5110.1016/j.matlet.2013.02.116 ↗
50. Su · Nanoscale · 2013 · 5 · 900110.1039/c3nr02766j ↗
51. Lin · Mater. Chem. Phys. · 2012 · 133 · 74610.1016/j.matchemphys.2012.01.083 ↗
52. Yu · Angew. Chem. Int. Ed. · 2018 · 57 · 855010.1002/anie.201803928 ↗
53. Momeni · J. Appl. Electrochem. · 2015 · 45 · 55710.1007/s10800-015-0836-x ↗
54. Liu · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2016 · 8 · 192910.1021/acsami.5b10086 ↗
55. Yang · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2017 · 9 · 65810.1021/acsami.6b12259 ↗
56. Wang · J. Am. Chem. Soc. · 2015 · 137 · 914610.1021/jacs.5b04483 ↗
57. Kusior · Int. J. Hydrog. Energy · 2015 · 40 · 493610.1016/j.ijhydene.2015.01.103 ↗
58. TiO2/SnO2 nanotubes for hydrogen generation by photoelectrochemical water splitting10.1016/j.ijhydene.2014.09.154 ↗
59. Salvador · J. Phys. Chem. · 1985 · 89 · 386310.1021/j100264a019 ↗
60. Zhang · Energy Environ. Sci. · 2012 · 5 · 650610.1039/c2ee03461a ↗
61. Gu · J. Mater. Chem. A · 2017 · 5 · 2019510.1039/C7TA05309F ↗
62. Teng · Appl. Catal. B · 2014 · 148 · 33910.1016/j.apcatb.2013.11.015 ↗
63. Palmas · Int. J. Hydrog. Energy · 2010 · 35 · 656110.1016/j.ijhydene.2010.04.039 ↗
64. Gelderman · J. Chem. Educ. · 2007 · 84 · 68510.1021/ed084p685 ↗
65. Cai · Appl. Phys. Lett. · 2014 · 104
66. Zhu · Nanotechnology · 2012 · 23
67. Qing · J. Mater. Chem. A · 2013 · 1 · 576610.1039/c3ta10689f ↗
68. Li · Chem. Phys. Lett. · 2012 · 539 · 17510.1016/j.cplett.2012.04.057 ↗
69. Shi · Appl. Surf. Sci. · 2011 · 257 · 300010.1016/j.apsusc.2010.10.107 ↗
70. Zhang · Nanoscale · 2015 · 7 · 293310.1039/C4NR07024K ↗