Abstract Water oxidation catalysts (WOCs) play an important role in performance improvement for TiO2 photoanode-based photoelectrochemical (PEC) water splitting, but their promotion effect is greatly restricted by the deep valence band of TiO2 and great challenges to maximize their electrocatalytic water oxidation activity and synergistic interaction with TiO2. Herein, we report direct growth of ultra-small, uniformly dispersed, and highly dense CoOx nanoparticles (NPs) on TiO2 nanowire arrays (NWAs) via polymer-mediated self-assembly, in which the polymer serves simultaneously as a linker, stabilizer, and reductant. The obtained nanohybrid arrays show a photocurrent density of 2.09 mA cm−2 and a photoconversion efficiency of 1.01%, which are 3.17 and 3.37 times, respectively higher than that (0.66 mA cm−2, 0.30%) of pristine TiO2 NWAs, and are among the largest reported for WOC-assembled TiO2 photoanodes. Further, their photocurrent density decreases only by ~11.81% while that of TiO2 NWAs decays by ~54.40% after 6900 s. The remarkable promotion effect of CoOx NPs is ascribed to their high intrinsic catalytic activity, ultra-small size, uniform dispersion, and high density significantly enhancing charge separation and hole injection and accelerating charge transfer and transport. This work not only creates a novel CoOx NPs/TiO2 NWA photoelectrode to significantly promote the PEC water oxidation performance of TiO2 NWAs and provides scientific insights into the enhancement mechanism, but also offers a general strategy for self-assembly of WOCs on various photoelectrodes with complex geometries for PEC water splitting.

中文翻译：

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通过聚合物介导的 CoOx 纳米粒子的自组装显着促进了 TiO2 纳米线阵列上的光电化学水氧化

摘要 水氧化催化剂 (WOCs) 在 TiO2 光阳极基光电化学 (PEC) 分解水的性能改进中发挥着重要作用，但其促进效果受到 TiO2 的深价带和最大化其电催化水氧化活性的巨大挑战。和 TiO2 的协同作用。在此，我们报告了通过聚合物介导的自组装在 TiO2 纳米线阵列 (NWA) 上直接生长超小、均匀分散和高密度的 CoOx 纳米粒子 (NPs)，其中聚合物同时用作连接剂、稳定剂和还原剂。获得的纳米杂化阵列的光电流密度为 2.09 mA cm-2，光转换效率为 1.01%，分别是原始 TiO2 NWA（0.66 mA cm-2，0.30%）的 3.17 倍和 3.37 倍，并且是 WOC 组装的 TiO2 光阳极的最大报告之一。此外，它们的光电流密度仅降低约 11.81%，而 TiO2 NWA 的光电流密度在 6900 秒后衰减约 54.40%。CoOx NPs 的显着促进作用归因于其高固有催化活性、超小尺寸、均匀分散和高密度，显着增强了电荷分离和空穴注入，加速了电荷转移和传输。这项工作不仅创造了一种新型的 CoOx NPs/TiO2 NWA 光电极，以显着提高 TiO2 NWAs 的 PEC 水氧化性能，并提供对增强机制的科学见解，而且还提供了在具有复合物的各种光电极上自组装 WOCs 的通用策略。 PEC 水分解的几何结构。此外，它们的光电流密度仅降低约 11.81%，而 TiO2 NWA 的光电流密度在 6900 秒后衰减约 54.40%。CoOx NPs 的显着促进作用归因于其高固有催化活性、超小尺寸、均匀分散和高密度，显着增强了电荷分离和空穴注入，加速了电荷转移和传输。这项工作不仅创造了一种新型的 CoOx NPs/TiO2 NWA 光电极，以显着提高 TiO2 NWAs 的 PEC 水氧化性能，并提供对增强机制的科学见解，而且还提供了在具有复合物的各种光电极上自组装 WOCs 的通用策略。 PEC 水分解的几何结构。此外，它们的光电流密度仅降低约 11.81%，而 TiO2 NWA 的光电流密度在 6900 秒后衰减约 54.40%。CoOx NPs 的显着促进作用归因于其高固有催化活性、超小尺寸、均匀分散和高密度，显着增强了电荷分离和空穴注入，加速了电荷转移和传输。这项工作不仅创造了一种新型的 CoOx NPs/TiO2 NWA 光电极，以显着提高 TiO2 NWAs 的 PEC 水氧化性能，并提供对增强机制的科学见解，而且还提供了在具有复合物的各种光电极上自组装 WOCs 的通用策略。 PEC 水分解的几何结构。CoOx NPs 的显着促进作用归因于其高固有催化活性、超小尺寸、均匀分散和高密度，显着增强了电荷分离和空穴注入，加速了电荷转移和传输。这项工作不仅创造了一种新型的 CoOx NPs/TiO2 NWA 光电极，以显着提高 TiO2 NWAs 的 PEC 水氧化性能，并提供对增强机制的科学见解，而且还提供了在具有复合物的各种光电极上自组装 WOCs 的通用策略。 PEC 水分解的几何结构。CoOx NPs 的显着促进作用归因于其高固有催化活性、超小尺寸、均匀分散和高密度，显着增强了电荷分离和空穴注入，加速了电荷转移和传输。这项工作不仅创造了一种新型的 CoOx NPs/TiO2 NWA 光电极，以显着提高 TiO2 NWAs 的 PEC 水氧化性能，并提供对增强机制的科学见解，而且还为 WOCs 在具有复合物的各种光电极上自组装提供了一般策略。 PEC 水分解的几何结构。