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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 11/2017

07.02.2017

Reduced graphene oxide/Cu2O nanostructure composite films as an effective and stable hydrogen evolution photocathode for water splitting

verfasst von: Y. Ghayeb, M. M. Momeni, M. Menati

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 11/2017

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Abstract

An efficient photocathode consisting of reduced graphene oxide/Cu2O/Cu (rGO/Cu2O/Cu) has been successfully prepared in this work via a facile two step method, consisting of chemical oxidation of a copper foil in alkaline solution using (NH4)2S2O8 as the oxidizing agent, dipping the prepared samples in graphene oxide (GO) solution and calcination at vacuum to form a rGO layer onto Cu2O/Cu photocathode, which acts as a protective layer. The products were composed of a thin Cu2O layer topped with a thin rGO film as the protective coating. The chemical composition and rGO amount in the composite materials were easily controlled by changing the immersion time to enhance PEC performance. UV–Vis spectroscopy, Raman spectroscopy, XRD, SEM, TEM and FTIR spectroscopy were used in the optical and morphological characterization of the graphene oxide and prepared photocathodes. Distinct patches of GO film are formed on the Cu(OH)2 nanostructure surface, as shown by SEM results. Linear sweep voltammetry and chronoamperometry analysis have been applied in the photoelectrochemical characterizations in the dark and under illumination conditions. Photocurrent density provided by rGO/Cu2O/Cu photocathode − 2.54 mA cm− 2 is three times greater than that of bare Cu2O/Cu photocathode − 0.82 mA cm− 2 at 0 V vs. RHE under illumination. Low photostability of 42% is exhibited by bare Cu2O/Cu photocathode after 200 s irradiation whereas rGO/Cu2O/Cu photocathode shows approximately 98% of the initial photocurrent density. Therefore, a strategy has been developed in this work for the synthesis of this new photocathode using Cu2O/Cu as an effective photocathode for photoelectrochemical (PEC) water splitting.

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Literatur
2.
3.
5.
Zurück zum Zitat T. Jingqi, L. Haiyan, X. Zhicai, W. Lei, L. Yonglan, Catal. Sci. Technol. 2, 2227 (2012)CrossRef T. Jingqi, L. Haiyan, X. Zhicai, W. Lei, L. Yonglan, Catal. Sci. Technol. 2, 2227 (2012)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat F. Shao, F.H. Ramirez, J.D. Prades, C. Fabrega, Appl. Surf. Sci. 311, 177 (2014)CrossRef F. Shao, F.H. Ramirez, J.D. Prades, C. Fabrega, Appl. Surf. Sci. 311, 177 (2014)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat L. Hu, Y. Ju, M. Chen, A. Hosoi, S. Arai, Appl. Surf. Sci. 305, 710 (2014)CrossRef L. Hu, Y. Ju, M. Chen, A. Hosoi, S. Arai, Appl. Surf. Sci. 305, 710 (2014)CrossRef
8.
9.
Zurück zum Zitat L. Ma, Y. Lin, Y. Wang, J. Li, E. Wang, M. Qiu, Y. Yu, J. Phys. Chem. C 112, 18916 (2008)CrossRef L. Ma, Y. Lin, Y. Wang, J. Li, E. Wang, M. Qiu, Y. Yu, J. Phys. Chem. C 112, 18916 (2008)CrossRef
10.
Zurück zum Zitat A. Paracchino, J.C. Brauer, J.-E. Moser, E. Thimsen, M. Gr¨atzel, J. Phys. Chem. C 116, 7341 (2012)CrossRef A. Paracchino, J.C. Brauer, J.-E. Moser, E. Thimsen, M. Gr¨atzel, J. Phys. Chem. C 116, 7341 (2012)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat P.E. de Jongh, D. Vanmaekelbergh, J.J. Kelly, J. Electrochem. Soc. 147, 486 (2000)CrossRef P.E. de Jongh, D. Vanmaekelbergh, J.J. Kelly, J. Electrochem. Soc. 147, 486 (2000)CrossRef
12.
Zurück zum Zitat A. Paracchino, V. Laporte, K. Sivula, M. Grätzel, E. Thimsen, Nat. Mater. 10, 456 (2011)CrossRef A. Paracchino, V. Laporte, K. Sivula, M. Grätzel, E. Thimsen, Nat. Mater. 10, 456 (2011)CrossRef
14.
Zurück zum Zitat F. Shao, J. Sun, L. Gao, J. Luo, Y. Liu, S. Yang, Adv. Funct. Mater. 22, 3907 (2012)CrossRef F. Shao, J. Sun, L. Gao, J. Luo, Y. Liu, S. Yang, Adv. Funct. Mater. 22, 3907 (2012)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat L. Xueqin, L. Zhen, Z. Wen, Z. Caixin, J. Mater. Chem. A 3, 19148 (2015)CrossRef L. Xueqin, L. Zhen, Z. Wen, Z. Caixin, J. Mater. Chem. A 3, 19148 (2015)CrossRef
17.
Zurück zum Zitat C. Yang, P.D. Tran, P.P. Boix, P.S. Bassi, N. Yantara, L.H. Wong, J. Barber, Nanoscale 6, 6506 (2014)CrossRef C. Yang, P.D. Tran, P.P. Boix, P.S. Bassi, N. Yantara, L.H. Wong, J. Barber, Nanoscale 6, 6506 (2014)CrossRef
18.
Zurück zum Zitat S. Weina, Z. Xiaofan, L. Shaohui, Z. Bingyan, Appl. Surf. Sci. 358, 404 (2015)CrossRef S. Weina, Z. Xiaofan, L. Shaohui, Z. Bingyan, Appl. Surf. Sci. 358, 404 (2015)CrossRef
19.
Zurück zum Zitat A. Paracchino, N. Mathews, T. Hisatomi, M. Stefik, S.D. Tilley, Energy Environ. Sci. 5, 8673 (2012)CrossRef A. Paracchino, N. Mathews, T. Hisatomi, M. Stefik, S.D. Tilley, Energy Environ. Sci. 5, 8673 (2012)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat A.A. Dubale, W.N. Su, A.G. Tamirat, J. Mater. Chem. A 2, 18383 (2014)CrossRef A.A. Dubale, W.N. Su, A.G. Tamirat, J. Mater. Chem. A 2, 18383 (2014)CrossRef
21.
23.
25.
Zurück zum Zitat S.H. Cheng, T.M. Weng, M.L. Lu, W.C. Tan, Sci. Rep. 1, 1 (2013) S.H. Cheng, T.M. Weng, M.L. Lu, W.C. Tan, Sci. Rep. 1, 1 (2013)
26.
27.
Zurück zum Zitat Y. Wang, H.J. Zhang, L. Lu, L.P. Stubbs, C.C. Wong, L. Jianyi, ACS Nano. 4, 4753 (2010)CrossRef Y. Wang, H.J. Zhang, L. Lu, L.P. Stubbs, C.C. Wong, L. Jianyi, ACS Nano. 4, 4753 (2010)CrossRef
28.
29.
Zurück zum Zitat K.I. Bolotin, K.J. Sikes, Z. Jiang, M. Klima, G. Fudenberg, Solid State Commun. 146, 351 (2008)CrossRef K.I. Bolotin, K.J. Sikes, Z. Jiang, M. Klima, G. Fudenberg, Solid State Commun. 146, 351 (2008)CrossRef
30.
Zurück zum Zitat K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, Science 306, 666 (2004)CrossRef K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, Science 306, 666 (2004)CrossRef
31.
32.
Zurück zum Zitat R. Gusain, P. Kumar, O.P. Sharma, S.L. Jain, O.P. Khatri, Appl. Catal. B 181, 362 (2016)CrossRef R. Gusain, P. Kumar, O.P. Sharma, S.L. Jain, O.P. Khatri, Appl. Catal. B 181, 362 (2016)CrossRef
34.
Zurück zum Zitat W. Zou, L. Zhang, L. Liua, X. Wang, J. Sunb, S. Wu, Y. Deng, C. Tang, F. Gao, L. Donga, Appl. Catal. B 181, 503 (2016)CrossRef W. Zou, L. Zhang, L. Liua, X. Wang, J. Sunb, S. Wu, Y. Deng, C. Tang, F. Gao, L. Donga, Appl. Catal. B 181, 503 (2016)CrossRef
35.
Zurück zum Zitat W. Zhang, X. Li, Z. Yang, X. Tang, Y. Ma, M. Li, N. Hu, H. Wei, Y. Zhang, Nanotechnology 27, 265703 (2016)CrossRef W. Zhang, X. Li, Z. Yang, X. Tang, Y. Ma, M. Li, N. Hu, H. Wei, Y. Zhang, Nanotechnology 27, 265703 (2016)CrossRef
37.
38.
39.
Zurück zum Zitat C.A. Amarnath, C.E. Hong, N.H. Kim, B.C. Ku, T. Kuila, J.H. Lee, Carbon 49, 3502 (2011)CrossRef C.A. Amarnath, C.E. Hong, N.H. Kim, B.C. Ku, T. Kuila, J.H. Lee, Carbon 49, 3502 (2011)CrossRef
42.
Zurück zum Zitat C.Z. Zhu, S.J. Guo, Y.X. Fang, S.J. Dong, ACS Nano. 4, 2437 (2010) C.Z. Zhu, S.J. Guo, Y.X. Fang, S.J. Dong, ACS Nano. 4, 2437 (2010)
43.
Zurück zum Zitat C.F. Chen, T.T. Chen, H.L. Wang, G.B. Sun, X.J. Yang, Nanotechnology 22, 405602 (2011)CrossRef C.F. Chen, T.T. Chen, H.L. Wang, G.B. Sun, X.J. Yang, Nanotechnology 22, 405602 (2011)CrossRef
44.
Zurück zum Zitat M.M. Momeni, Z. Nazari, M. Hakimiyan, S.M. Mirhoseini, Surf. Eng. 30, 775 (2014)CrossRef M.M. Momeni, Z. Nazari, M. Hakimiyan, S.M. Mirhoseini, Surf. Eng. 30, 775 (2014)CrossRef
45.
Zurück zum Zitat C. Hontoria-Lucas, A.J. López-Peinado, J.D. López-González, Carbon 33, 1585 (1995)CrossRef C. Hontoria-Lucas, A.J. López-Peinado, J.D. López-González, Carbon 33, 1585 (1995)CrossRef
46.
Zurück zum Zitat S.P. Meshram, P.V. Adhyapak, U.P. Mulik, D.P. Amalnerkar, Chem. Eng. J. 204–206, 158 (2012)CrossRef S.P. Meshram, P.V. Adhyapak, U.P. Mulik, D.P. Amalnerkar, Chem. Eng. J. 204–206, 158 (2012)CrossRef
47.
Zurück zum Zitat G. Papadimitropoulos, N. Vourdas, V.E. Vamvakas, D. Davazoglou, Thin Solid Films 515, 2428 (2006)CrossRef G. Papadimitropoulos, N. Vourdas, V.E. Vamvakas, D. Davazoglou, Thin Solid Films 515, 2428 (2006)CrossRef
48.
49.
50.
Zurück zum Zitat S. Yang, S. Du, S. Yiming, Z. Dongfeng, G. Lin, Chem. Eur. J. 18, 14261 (2012)CrossRef S. Yang, S. Du, S. Yiming, Z. Dongfeng, G. Lin, Chem. Eur. J. 18, 14261 (2012)CrossRef
Metadaten
Titel
Reduced graphene oxide/Cu2O nanostructure composite films as an effective and stable hydrogen evolution photocathode for water splitting
verfasst von
Y. Ghayeb
M. M. Momeni
M. Menati
Publikationsdatum
07.02.2017
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 11/2017
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-017-6458-9

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