It is highly challenging for coating protective layers on nanoarray photoelectrodes to achieve efficient charge extraction and suppressing corrosion of the electrolyte. Herein, atomic layer deposition was used to deposit a composite overlayer of Al-doped ZnO and TiO2 onto a Ta3N5–Cu2O heterojunction nanoarray photoanode, exhibiting a low onset potential of 0.40 V vs reversible hydrogen electrode (RHE), a high photocurrent density of 4.61 mA·cm−2 at 1.23 V vs RHE, and improved photoelectrochemical (PEC) stability, with the help of CoOOH as a cocatalyst. The improved PEC performances would result from that both the oxide overlayer and the cocatalyst layer contribute to the efficient charge extraction and stopping the electrolyte permeation from/and into the semiconductor, passivating the surface states, and improving the energetics at electrode–electrolyte interface.

1.
A.
Fujishima
and
K.
Honda
,
Nature
238
,
37
(
1972
).
2.
G.
Liu
,
P.
Fu
,
L.
Zhou
,
P.
Yan
,
C.
Ding
,
J.
Shi
, and
C.
Li
,
Chem. Eur. J.
21
,
9624
(
2015
).
3.
L.
Jin
,
F.
Cheng
,
H.
Li
, and
K.
Xie
,
Angew. Chem., Int. Ed.
59
,
8891
(
2020
).
4.
Z.
Shi
,
J. Y.
Feng
,
H.
Shan
,
X.
Wang
,
Z.
Xu
,
H. T.
Huang
,
Q. F.
Qian
,
S. C.
Yan
, and
Z. G.
Zou
,
Appl. Catal., B
237
,
665
(
2018
).
5.
R.
Chen
,
C.
Zhen
,
Y.
Yang
,
X.
Sun
,
J. T. S.
Irvine
,
L.
Wang
,
G.
Liu
, and
H. M.
Cheng
,
Nano Energy
59
,
683
(
2019
).
6.
G.
Hitoki
,
A.
Ishikawa
,
T.
Takata
,
J. N.
Kondo
,
M.
Hara
, and
K.
Domen
,
Chem. Lett.
31
,
736
(
2002
).
7.
W. J.
Chun
,
A.
Ishikawa
,
H.
Fujisawa
,
T.
Takata
,
J. N.
Kondo
,
M.
Hara
,
M.
Kawai
,
Y.
Matsumoto
, and
K.
Domen
,
J. Phys. Chem. B
107
,
1798
(
2003
).
8.
A.
Murphy
,
P.
Barnes
,
L.
Randeniya
,
I.
Plumb
,
I.
Grey
,
M.
Horne
, and
J.
Glasscock
,
Int. J. Hydrogen Energy
31
,
1999
(
2006
).
9.
Z.
Lou
,
Y.
Yang
,
Y.
Wang
,
C.
Qin
,
R.
Liang
,
Y.
Wang
,
Z.
Ye
, and
L.
Zhu
,
Chem. Eng. J.
396
,
125161
(
2020
).
10.
G.
Liu
,
S.
Ye
,
P.
Yan
,
F.
Xiong
,
P.
Fu
,
Z.
Wang
,
Z.
Chen
,
J.
Shi
, and
C.
Li
,
Energy Environ. Sci.
9
,
1327
(
2016
).
11.
Y.
Pihosh
,
T.
Minegishi
,
V.
Nandal
,
T.
Higashi
,
M.
Katayama
,
T.
Yamada
,
Y.
Sasaki
,
K.
Seki
,
Y.
Suzuki
,
M.
Nakabayashi
,
M.
Sugiyama
, and
K.
Domen
,
Energy Environ. Sci.
13
,
1519
(
2020
).
12.
Z.
Shi
,
Z.
Xu
,
J. Y.
Feng
,
H. T.
Huang
,
Q. F.
Qian
,
S. C.
Yan
, and
Z. G.
Zou
,
CrystEngComm
20
,
5364
(
2018
).
13.
L.
Pei
,
B.
Lv
,
S. B.
Wang
,
Z. T.
Yu
,
S. C.
Yan
,
R.
Abe
, and
Z. G.
Zou
,
ACS Appl. Energy Mater.
1
,
4150
(
2018
).
14.
H. X.
Wang
,
Z.
Shi
,
S. C.
Yan
, and
Z. G.
Zou
,
Appl. Phys. Lett.
114
,
132105
(
2019
).
15.
Y. H.
Hou
,
T. Z.
Li
,
S. C.
Yan
, and
Z. G.
Zou
,
Appl. Catal., B
269
,
118777
(
2020
).
16.
A.
Paracchino
,
V.
Laporte
,
K.
Sivula
,
M.
Gratzel
, and
E.
Thimsen
,
Nat. Mater.
10
,
456
(
2011
).
17.
S.
Hu
,
M. R.
Shaner
,
J. A.
Beardslee
,
M.
Lichterman
,
B. S.
Brunschwig
, and
N. S.
Lewis
,
Science
344
,
1005
(
2014
).
18.
P.
Zhang
,
T.
Wang
, and
J.
Gong
,
Chem. Commun.
52
,
8806
(
2016
).
19.
R. Y.
Wang
,
L.
Wang
,
Y.
Zhou
, and
Z. G.
Zou
,
Appl. Catal., B
255
,
117738
(
2019
).
20.
L.
Wang
,
X.
Zhou
,
N. T.
Nguyen
,
I.
Hwang
, and
P.
Schmuki
,
Adv. Mater.
28
,
2432
(
2016
).
21.
E. S.
TUZemen
,
H.
SAhIN
,
K.
Kara
,
S.
ElagOZ
, and
R.
Esen
,
Turk. J. Phys.
38
,
111
(
2014
).
22.
L.
Li
,
L.
Fang
,
X. J.
Zhou
,
Z. Y.
Liu
,
L.
Zhao
, and
S.
Jiang
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
173
,
7
(
2009
).
23.
L. E.
Mir
,
Z. B.
Ayadi
,
M.
Saadoun
,
K.
Djessas
,
H. J.
von Bardeleben
, and
S.
Alaya
,
Appl. Surf. Sci.
254
,
570
(
2007
).
24.
X.
Chen
,
P.
Lin
,
X.
Yan
,
Z.
Bai
,
H.
Yuan
,
Y.
Shen
,
Y.
Liu
,
G.
Zhang
,
Z.
Zhang
, and
Y.
Zhang
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
7
,
3216
(
2015
).
25.
W.
Niu
,
L.
Zhu
,
Y.
Wang
,
Z.
Lou
, and
Z.
Ye
,
Catal. Sci. Technol.
7
,
1602
(
2017
).
26.
J. T.
Luo
,
Z. H.
Zheng
,
G. X.
Liang
,
F.
Li
, and
P.
Fan
,
Mater. Res. Bull.
94
,
307
(
2017
).
27.
F. L.
Formal
,
S. R.
Pendlebury
,
M.
Cornuz
,
S. D.
Tilley
,
M.
Gratzel
, and
J. R.
Durrant
,
J. Am. Chem. Soc.
136
,
2564
(
2014
).
28.
A.
Moya
,
N.
Kemnade
,
M. R.
Osorio
,
A.
Cherevan
,
D.
Granados
,
D.
Eder
, and
J. J.
Vilatela
,
J. Mater. Chem. A
5
,
24695
(
2017
).
29.
Z.
Yang
,
T.
Zhang
,
J.
Li
,
W.
Xue
,
C.
Han
,
Y.
Cheng
,
L.
Qian
,
W.
Cao
,
Y.
Yang
, and
S.
Chen
,
Sci. Rep.
7
,
9571
(
2017
).
30.
C.
Du
,
X.
Yang
,
M. T.
Mayer
,
H.
Hoyt
,
J.
Xie
,
G.
McMahon
,
G.
Bischoping
, and
D.
Wang
,
Angew. Chem., Int. Ed.
52
,
12692
(
2013
).
31.
B.
Guo
,
A.
Batool
,
G.
Xie
,
R.
Boddula
,
L.
Tian
,
S. U.
Jan
, and
J. R.
Gong
,
Nano Lett.
18
,
1516
(
2018
).
32.
B.
Iandolo
,
H.
Zhang
,
B.
Wickman
,
I.
Zoric
,
G.
Conibeer
, and
A.
Hellman
,
RSC Adv.
5
,
61021
(
2015
).
33.
J.
Liu
,
W.
Luo
,
K.
Zhu
,
X.
Wen
,
F.
Xiu
,
J.
Yuan
,
Z.
Zou
, and
W.
Huang
,
RSC Adv.
7
,
30650
(
2017
).
34.
S. J. A.
Moniz
,
S. A.
Shevlin
,
D. J.
Martin
,
Z. X.
Guo
, and
J.
Tang
,
Energy Environ. Sci.
8
,
731
(
2015
).
35.
Z.
Bai
,
X.
Yan
,
Y.
Li
,
Z.
Kang
,
S.
Cao
, and
Y.
Zhang
,
Adv. Energy Mater.
6
,
1501459
(
2016
).
36.
L.
Pei
,
Z.
Xu
,
Z.
Shi
,
H.
Zhu
,
S. C.
Yan
, and
Z. G.
Zou
,
J. Mater. Chem. A
5
,
20439
(
2017
).
37.
J. C.
Hill
,
A. T.
Landers
, and
J. A.
Switzer
,
Nat. Mater.
14
,
1150
(
2015
).
38.
S. H.
Ye
,
Z. X.
Shi
,
J. X.
Feng
,
Y. X.
Tong
, and
G. R.
Li
,
Angew. Chem., Int. Ed.
57
,
2672
(
2018
).
39.
F.
Li
,
L.
Zhang
,
J.
Tong
,
Y.
Liu
,
S.
Xu
,
Y.
Cao
, and
S.
Cao
,
Nano Energy
27
,
320
(
2016
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.