Los recubrimientos amorfos de TiO2 estabilizan los fotoanodos de Si, GaAs y GaP para una eficiente oxidación del agua

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La electroquímica es electroquímica.
• Energía renovable Energía renovable.

Sus antecedentes:

• Los semiconductores como el silicio (Si), el arseniuro de galio (GaAs) y el fosfuro de galio (GaP) son eficientes para la producción de combustible solar, pero se degradan en entornos acuosos.
• La inestabilidad en el agua limita la aplicación práctica de estos semiconductores como fotoánodos para la generación de combustible solar.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un recubrimiento protector para fotoánodos de semiconductores para mejorar su estabilidad en medios acuosos.
• Investigar la efectividad de los recubrimientos de dióxido de titanio (TiO2) para prevenir la corrosión y mejorar el rendimiento de los fotoelectrodos de Si, GaAs y GaP para la oxidación del agua.

Principales métodos:

• Se utilizó la deposición por capas atómicas (ALD) para aplicar recubrimientos de TiO2 de diferentes espesores (4-143 nm) en sustratos de semiconductores.
• Se llevaron a cabo mediciones fotoelectroquímicas para evaluar el rendimiento de los fotoelectrodos recubiertos, incluida la densidad de fotocorriente, fotovoltaica y eficiencia Faradaic.
• Los electrocatalizadores de óxido de Ni se utilizaron junto con los fotoánodos de Si.

Principales resultados:

• Los recubrimientos de TiO2 impidieron efectivamente la corrosión de Si, GaAs y GaP en soluciones acuosas.
• Los recubrimientos de TiO2 presentaban defectos electrónicos que facilitaban la conducción del agujero y la suficiente transparencia para la penetración de la luz.
• Los fotoánodos de silicio con recubrimientos de TiO2 y electrocatalizadores de óxido de Ni demostraron una evolución estable del oxígeno durante más de 100 horas a altas densidades de fotocorriente (>30 mA/cm2) y una eficiencia Faradaic del 100%.
• Los fotoelectrodos GaAs y GaP recubiertos con TiO2 lograron fotovoltaias significativas (0,81 V y 0,59 V) y densidades de fotocorriente que limitaban la luz para la oxidación del agua.

Conclusiones:

• La deposición de la capa atómica de TiO2 es una estrategia viable para estabilizar los fotoánodos de semiconductores para la producción de combustible solar.
• Los fotoelectrodos semiconductores protegidos muestran una gran promesa para la división eficiente y duradera del agua para la generación de hidrógeno.
• Este enfoque permite el uso de semiconductores eficientes pero inestables en dispositivos fotoelectroquímicos prácticos.