Texture & Heterostructure Engineering of Bismuth vanadate for Enhanced Photoelectrochemical Water-splitting

Abstract

단일 기판위에 서로다른 재료를 결합하는 이종접합 공학은 광전기화학 물분해 (Photoelectrochemical water splitting : PEC)를 위한 광전극의 광학적,전기적, 및 전기화학적 특성을 개선할 수 있다. 본 논문에서는 광전기화학 (PEC) 물분해를 위한 광음극으로서 새로운 이중 배향된 BiVO4/Sb:SnO2 이종접합 구조를 성공적으로 합성하였다. 먼저 수열합성법을 통해 불소가 도핑된 산화주석 기판 (FTO)위에 [001] 방향으로 우선 배향된 안티모니 도핑된 산화주석 나노로드 (ATO NRs)를 먼저 성장시켰다. 이어서, 스핀코팅을 통해 BiVO4(BVO) 시드층을 ATO NRs위에 코팅한 후, 2차 수열합성을 통해 이중 배향된 BVO/ATO 이종접합을 합성하였다. 이중배향 이종접합구조 (Dual-textured BVO/ATO heterostructure:dt-BAH)는 [001] 배향의 단결정 ATO NRs와 (001) 배향된 BVO로 구성되어 있으며 정렬된 계면을 가진다. 또한 배향된 BVO의 경우 표면에 (001)과 (101)의 두 가지 다른 면을 가지고 있다. 이렇게 합성된 dt-BAH는 전하 수집능력이 크게 향상되어 무작위로 배향된 ATO nanoparticles 필름에서 성장한 배향된 BVO보다 약 4배 향상된 광전류 밀도를 나타내었다. 본 연구의 결과는 효율적인 광전극 개발을 위한 이종접합 구조 설계에 대한 새로운 관점을 제공하며, 다양한 에너지 분야에도 적용이 가능할 것을 보여주었다.