ntvНаучно-технический вестник информационных технологий, механики и оптикиScientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics2226-14942500-0373Университет ИТМО10.17586/2226-1494-2024-24-5-866-870ntv-169Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯBRIEF PAPERSСпектральная зависимость квантовой эффективности фотоэлектрохимического разложения воды нанопористыми слоями серебраSpectral dependence of photoelecrochemical water splitting by silver nanoporous layershttps://orcid.org/0000-0001-8730-4389СидоровА. И.SidorovA. I.

Сидоров Александр Иванович - доктор физико-математических наук, доцент, ведущий научный сотрудник; профессор

Санкт-Петербург, 197101

Alexander I. Sidorov - D.Sc. (Physics & Mathematics), Associate Professor, Leading Researcher; Professor

Saint Petersburg, 197022

sidorov@oi.ifmo.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2542-7364НащекинА. В.NashchekinA. V.

Нащекин Алексей Викторович - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Санкт-Петербург, 194021

Aleksey V. Nashchekin - PhD (Physics & Mathematics), Senior Researcher

Saint Petersburg, 194021

nashchekin@mail.ioffe.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1341-067XНиконоровН. В.NikonorovN. V.

Никоноров Николай Валентинович - доктор физико-математических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, профессор

Санкт-Петербург, 197101

Nikolay V. Nikonorov - D.Sc. (Physics & Mathematics), Associate Professor, Leading Researcher, Professor

Saint Petersburg, 197101

nikonorov@oi.ifmo.ruУниверситет ИТМО; Санкт-Петербургский г осударственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)РоссияITMO University; Saint Petersburg State Electrotechnical University “LETI”Russian FederationФизико-технический институт им. А.Ф. ИоффеРоссияIoffe InstituteRussian FederationУниверситет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian Federation202414122024245866870Copyright © Сидоров А.И., Нащекин А.В., Никоноров Н.В., 20242024Сидоров А.И., Нащекин А.В., Никоноров Н.В.Sidorov A.I., Nashchekin A.V., Nikonorov N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ntv.elpub.ru/jour/article/view/169

Представлены результаты исследования спектральной зависимости квантовой эффективности фотокаталитического разложения воды. Определена связь спектра излучения с эффективностью фотокаталитического разложения воды на водород и кислород. С этой целью исследован электролит на основе нитрата натрия. Фотокатод содержал нанопористые слои серебра. Показано, что максимальная квантовая эффективность фотокаталитического разложения воды по спектру интегрально составляет 1,9 %, а с уменьшением длины волны излучения повышается. Полученные результаты могут быть использованы при разработке устройств солнечной энергетики, предназначенных для фотокаталитического разложения воды на водород и кислород.

The article presents the results of the spectral dependence study of the quantum efficiency of photocatalytic water decomposition. The relationship between the radiation spectrum and the efficiency of photocatalytic water decomposition into hydrogen and oxygen is determined. For this purpose, an electrolyte based on sodium nitrate is studied. The photocathode contained nanoporous silver layers. It is shown that the maximum quantum efficiency of photocatalytic water decomposition by spectrum integrally amounts to 1.9 %, and increases with decreasing radiation wavelength. The obtained results can be used in the development of solar energy devices designed for photocatalytic water decomposition into hydrogen and oxygen.

фотокатализнанопористый слойсереброразложение водыphotocatalysisnanoporous layersilverwater splittingРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 20-19-00559). Электронно-микроскопические исследования выполнены с использованием оборудования Федерального центра коллективного пользования «Материаловедение и диагностика в передовых технологиях», поддержанного Минобрнауки России.This work was financially supported by the Russian Science Foundation (Project No. 20-19-00559). SEM characterization were performed using equipment owned by the Federal Joint Research Center “Material Science and Characterization in Advanced Technology” with financial support by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation.ReferencesMorales-Guio C.G., Tilley S.D., Vrubel H., Grätzel M., Hu X. Hydrogen evolution from a copper(I) oxide photocathode coated with an amorphous molybdenum sulphide catalyst // Nature Communications. 2014. V. 5. P. 3059. https://doi.org/10.1038/ncomms4059Morales-Guio C.G., Tilley S.D., Vrubel H., Grätzel M., Hu X. Hydrogen evolution from a copper(I) oxide photocathode coated with an amorphous molybdenum sulphide catalyst. Nature Communications, 2014, vol. 5, pp. 3059. https://doi.org/10.1038/ncomms4059Walter M.G., Warren E.L., McKone J.R., Boettcher S.W., Mi Q., Santori E.A., Lewis N.S. Solar water splitting cells // Chemical Reviews. 2010. V. 110. N 11. P. 6446–6478. https://doi.org/10.1021/cr1002326Walter M.G., Warren E.L., McKone J.R., Boettcher S.W., Mi Q., Santori E.A., Lewis N.S. Solar water splitting cells. Chemical Reviews, 2010, vol. 110, no. 11, pp. 6446–6478. https://doi.org/10.1021/cr1002326Ben-Shahar Y., Scotognella F., Kriegel I., Moretti L., Cerullo G., Rabani E., Banin U. Optimal metal domain size for photocatalysis with hybrid semiconductor-metal nanorods // Nature Communications. 2016. V. 7. P. 10413. https://doi.org/10.1038/ncomms10413Ben-Shahar Y., Scotognella F., Kriegel I., Moretti L., Cerullo G., Rabani E., Banin U. Optimal metal domain size for photocatalysis with hybrid semiconductor-metal nanorods. Nature Communications, 2016, vol. 7, pp. 10413. https://doi.org/10.1038/ncomms10413Gan J., Lu X., Tong Y. Towards highly efficient photoanodes: boosting sunlight-driven semiconductor nanomaterials for water oxidation // Nanoscale. 2014. V. 6. N 13. P. 7142–7152. https://doi.org/10.1039/c4nr01181cGan J., Lu X., Tong Y. Towards highly efficient photoanodes: boosting sunlight-driven semiconductor nanomaterials for water oxidation. Nanoscale, 2014, vol. 6, no. 13, pp. 7142–7152. https://doi.org/10.1039/c4nr01181cKoya A.N., Zhu X., Ohannesian N., Yanik A.A., Alabastri A., Zaccaria R.P., Krahne R., Shih R.K.W.-C., Garoli D. Nanoporous metals: From plasmonic properties to applications in enhanced spectroscopy and photocatalysis // ACS Nano. 2021. V. 15. N 4. P. 6038–6045. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10945Koya A.N., Zhu X., Ohannesian N., Yanik A.A., Alabastri A., Zaccaria R.P., Krahne R., Shih R.K.W.-C., Garoli D. Nanoporous metals: From plasmonic properties to applications in enhanced spectroscopy and photocatalysis. ACS Nano, 2021, vol. 15, no. 4, pp. 6038–6045. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10945Koya A.N., Cunha J., Guo T.-L., Toma A., Garoli D., Wang T., Juodkazis T., Cojoc S., Zaccaria D.P., Novel R. Novel plasmonic nanocavities for optical trapping-assisted biosensing applications // Advanced Optical Materials. 2020. V. 8. N 7. P. 1901481. https://doi.org/10.1002/adom.201901481Koya A.N., Cunha J., Guo T.-L., Toma A., Garoli D., Wang T., Juodkazis T., Cojoc S., Zaccaria D.P., Novel R. Novel plasmonic nanocavities for optical trapping-assisted biosensing applications. Advanced Optical Materials, 2020, vol. 8, no. 7, pp. 1901481. https://doi.org/10.1002/adom.201901481Stockman M.I. Electromagnetic Theory of SERS // Topics in Applied Physics. 2006. V. 103. P. 47–65. https://doi.org/10.1007/3-540-33567-6_3Stockman M.I. Electromagnetic Theory of SERS. Topics in Applied Physics, 2006, vol. 103, pp. 47–65. https://doi.org/10.1007/3-540-33567-6_3Бланк Т.В., Гольдберг Ю.А. Механизмы протекания тока в омических контактах металл-полупроводник // Физика и техника полупроводников. 2007. Т. 41. № 11. С. 1281–1290.Blank T.V., Gol’dberg Yu.A. Mechanisms of current flow in metalsemiconductor ohmic contacts. Semiconductors, 2007, vol. 41, no. 22, pp. 1263–1269. https://doi.org/10.1134/S1063782607110012Watanabe T., Gerischer H. Electronically excited water aggregates and the adiabatic band gap of water // Journal of Electroanalytical Chemistry. 1981. V. 122. P. 73–80.Watanabe T., Gerischer H. Electronically excited water aggregates and the adiabatic band gap of water. Journal of Electroanalytical Chemistry, 1981, vol. 122, pp. 73–80.Uskov A.V., Protsenko I.E., Ikhsanov R.S., Babicheva V.E., Zhukovsky S.V., Lavrinenko A.V., O’Reilly E.P., Xu H. Internal photoemission from plasmonic nanoparticles: comparison between surface and volume photoelectric effects // Nanoscale. 2014. V. 6. N 9. P. 4716–4721. https://doi.org/10.1039/C3NR06679GUskov A.V., Protsenko I.E., Ikhsanov R.S., Babicheva V.E., Zhukovsky S.V., Lavrinenko A.V., O’Reilly E.P., Xu H. Internal photoemission from plasmonic nanoparticles: comparison between surface and volume photoelectric effects. Nanoscale, 2014, vol. 6, no. 9, pp. 4716–4721. https://doi.org/10.1039/C3NR06679GGraf M., Vonbun-Feldbauer G.В., Koper M.T.M. Direct and broadband plasmonic charge transfer to enhance water oxidation on a gold electrode // ACS Nano. 2021. V. 15. N 2. P. 3188–3200. https:// doi.org/10.1021/acsnano.0c09776Graf M., Vonbun-Feldbauer G.В., Koper M.T.M. Direct and broadband plasmonic charge transfer to enhance water oxidation on a gold electrode. ACS Nano, 2021, vol. 15, no. 2, pp. 3188–3200. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c09776Jia H., Wong Y.L., Wang B., Xing G., Tsoi C., Wang M., Zhang W., Jian A., Sang S., Lei D., Zhang X. Enhanced solar water splitting using plasmon-induced resonance energy transfer and unidirectional charge carrier transport // Optics Express. 2021. V. 29. N 21. P. 34810–34825. https://doi.org/10.1364/OE.440777Jia H., Wong Y.L., Wang B., Xing G., Tsoi C., Wang M., Zhang W., Jian A., Sang S., Lei D., Zhang X. Enhanced solar water splitting using plasmon-induced resonance energy transfer and unidirectional charge carrier transport. Optics Express, 2021, vol. 29, no. 21, pp. 34810–34825. https://doi.org/10.1364/OE.440777Безруков П.А., Нащекин А.В., Никоноров Н.В., Сидоров А.И. Морфологические особенности микро- и нанопористых пленок из серебра и меди, синтезированных методом реакции замещения // Физика твердого тела. 2022. Т. 64. № 8. С. 1096–1100. https://doi.org/10.21883/FTT.2022.08.52713.342Bezrukov P.A., Nashchekin A.V., Nikonorov N.V., Sidorov A.I. Morphological features of micro- and nanoporous silver and copper films synthesized by the substitution reaction method. Physics of the Solid State, 2022, vol. 64, no. 8, pp. 1106–1110. https://doi.org/10.21883/pss.2022.08.54634.342Jiao Y., Chen M., Ren Y., Ma H. Synthesis of three-dimensional honeycomb-like Au nanoporous films by laser induced modification and its application for surface enhanced Raman spectroscopy // Optical Materials Express. 2017. V. 7. N 5. P. 1557–1464. https://doi.org/10.1364/OME.7.001557Jiao Y., Chen M., Ren Y., Ma H. Synthesis of three-dimensional honeycomb-like Au nanoporous films by laser induced modification and its application for surface enhanced Raman spectroscopy. Optical Materials Express, 2017, vol. 7, no. 5, pp. 1557–1464. https://doi.org/10.1364/OME.7.001557

The authors declare that there are no conflicts of interest present.