The effect of various parameters on the photoelectrochemical hydrogen production performance of photoelectrodes

Abstract

Küresel popülasyonun artması ve ekonomik kalkınmanın hızlanması, enerji üretim gerekliliğini ve enerji üretiminde yoğun olarak kullanılan fosil yakıt kaynaklarının miktarını azaltmıştır. Fosil yakıt yakımından kaynaklanan ve atmosfere salınan gazlar çevreye ve insan sağlığına büyük zarar vermektedir. Temiz bir alternatif olan hidrojenüretimi ve bu üretimi güneş ışığı varlığında fotoelektrokimyasal yolla yapmak çevreselkaygılara ve enerji ihtiyacına çözüm üretebilir. Fotoelektrokimyasal çalışmalarda,optimum parametreleri kullanarak en etkili fotoelektrotları geliştirmek önemtaşımaktadır. Bu çalışmada CdZnS, CdZnSSe, CdZnNiSSe, CdZnCuSSe, CdZnMoSSefotoelektrotlarının tek aşamalı elektrodepozisyonu ve indirgenmiş grafen oksit(RGO)’in hazırlanan bu fotoelektrotlar üzerindeki etkisi literatürde ilk kez incelenmiştir.Elektrokimyasal depozisyon ile fotoelektrot üretimi tekrarlı dönüşümlü voltametriyöntemi ile sağlanmıştır. Fotoelektrotların fotoelektrokimyasal özellikleri üç elektrotlusistem ile incelenmiştir. Fotoelektrokimyasal performansı incelemek için açık devrepotansiyeli, doğrusal taramalı voltametri, kronoamperometri, UV-vis difüz reflektansspektroskopisi, elektrokimyasal empedans spektroskopisi ve Mott-Schottky analizleri uygulanmıştır. Varılan sonuçlarla, kullanılan kalkojenlerin fotoelektrottakikompozisyonlarının, tavlama sıcaklığının, RGO konsantrasyonunun optimize edilmesielektron-hol rekombinasyonunun ve fotokorozyonun önlenmesini sağlayarakperformansı artırmaktadır. Çalışmanın başında bulunan fotoakım yoğunluğu 25 µA cm-2(ZnS) iken, yapılan modifikasyonlar sonucu bu değer 5.34 mA cm-2‘a (RGO(0.25)-Cd0.6Zn0.2Ni0.2S0.2Se0.8) yükselmiştir. Maksimum uygulanan bias ışıktan akım eldesiverimi RGO(0.25)-Cd0.6Zn0.2Ni0.2S0.2Se0.8 fotoelektrotu için %3.18 olarak tespitedilmiştirThe global population expansion and economic improvement have brought aboutproblems such as increasing energy demand and diminishing fossil fuels. Moreover,harmful emissions due to the combustion of fossil fuels are released into the atmospherehaving a negative impact on human health and environment. To overcome thishandicap, the photoelectrochemical hydrogen generating process has a tremendous dealof potential. The key factor in photoelectrochemical studies is modifying the mosteffective photoelectrodes using the optimum parameters and the appropriate depositionmethods. This study reports the one-step electrodeposition of CdZnS, CdZnSSe,CdZnNiSSe, CdZnCuSSe, CdZnMoSSe and the effect of reduced graphene oxide(RGO) decoration on the photoelectrochemical performance of fabricatedphotoelectrodes for the first time in the literature. Electrochemical deposition wascarried out via repetitive cyclic voltammetry at room temperature. Photoelectrodeswere annealed and their photoelectrochemical performances were investigated. Tointerpret their photoelectrochemical performance and efficiency, open circuit potentialmeasurements, linear sweep voltammetry, chronoamperometry, UV-vis diffusereflectance spectroscopy, electrochemical impedance spectroscopy, Mott-Schottkyanalyses were performed. The results demonstrated that optimizing the concentrationsof the chalcogenides, annealing temperature, and RGO concentration decreased the rateof electron-hole recombination avoiding photocorrosion. Finally, the photocurrentdensity is increased from 25 µA cm-2(ZnS) to 5.34 mA cm-2(RGO(0.25)-Cd0.6Zn0.2Ni0.2S0.2Se0.8) as a result of modifications. The maximum applied bias photonto-current efficiency (ABPE) was estimated as 3.18% for RGO-Cd0.6Zn0.2Ni0.2S0.2Se0.8photoelectrode

    Similar works