Here we demonstrate that the photoactivity of Au-decorated TiO2 electrodes for photoelectrochemical water oxidation can be effectively enhanced in the entire UV-visible region from 300 to 800 nm by manipulating the shape of the decorated Au nanostructures. The samples were prepared by carefully depositing Au nanoparticles (NPs), Au nanorods (NRs), and a mixture of Au NPs and NRs on the surface of TiO2 nanowire arrays. As compared with bare TiO2, Au NP-decorated TiO2 nanowire electrodes exhibited significantly enhanced photoactivity in both the UV and visible regions. For Au NR-decorated TiO2 electrodes, the photoactivity enhancement was, however, observed in the visible region only, with the largest photocurrent generation achieved at 710 nm. Significantly, TiO2 nanowires deposited with a mixture of Au NPs and NRs showed enhanced photoactivity in the entire UV-visible region. Monochromatic incident photon-to-electron conversion efficiency measurements indicated that excitation of surface plasmon resonance of Au is responsible for the enhanced photoactivity of Au nanostructure-decorated TiO2 nanowires. Photovoltage experiment showed that the enhanced photoactivity of Au NP-decorated TiO2 in the UV region was attributable to the effective surface passivation of Au NPs. Furthermore, 3D finite-difference time domain simulation was performed to investigate the electrical field amplification at the interface between Au nanostructures and TiO2 upon SPR excitation. The results suggested that the enhanced photoactivity of Au NP-decorated TiO2 in the UV region was partially due to the increased optical absorption of TiO2 associated with SPR electrical field amplification. The current study could provide a new paradigm for designing plasmonic metal/semiconductor composite systems to effectively harvest the entire UV-visible light for solar fuel production.

Abstract CH 3 NH 3 PbBr 3 perovskite nanocrystals (PNCs) of different sizes (ca. 2.5–100 nm) with high photoluminescence (PL) quantum yield (QY; ca. 15–55 %) and product yield have been synthesized using the branched molecules, APTES and NH 2 ‐POSS, as capping ligands. These ligands are sterically hindered, resulting in a uniform size of PNCs. The different capping effects resulting from branched versus straight‐chain capping ligands were compared and a possible mechanism proposed to explain the dissolution–precipitation process, which affects the growth and aggregation of PNCs, and thereby their overall stability. Unlike conventional PNCs capped with straight‐chain ligands, APTES‐capped PNCs show high stability in protic solvents as a result of the strong steric hindrance and propensity for hydrolysis of APTES, which prevent such molecules from reaching and reacting with the core of PNCs.

The surface defects and humidity sensitivity of perovskite have long been challenging issues in optoelectronic devices. Here, we introduced 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA) as a dopant into CsPbBr3 perovskite crystals, forming PTCDA-PVSK. By coordinating the carbonyl groups on PTCDA with the under-coordinated Pb2+ ions on the perovskite surface, we successfully addressed surface defects and stability issues under high humidity (RH75%). We measured the surface adhesion of PTCDA-PVSK using the force-distance curve mapping mode of an atomic force microscope (AFM). The results showed a significant 64 % reduction in adhesion variation at grain boundaries of PTCDA-PVSK after long-term exposure to high humidity for four weeks. This indicates that the hydrophobic benzene ring structure of PTCDA acted as a barrier, reducing the sensitivity of perovskite grain boundaries to moisture. Through scanning Kelvin probe microscopy (SKPM) analysis, we observed stable work function of PTCDA-PVSK under high humidity conditions, while the pure PVSK exhibited a 6.2 ± 0.1 % decrease in work function after four weeks. This demonstrates that PTCDA-modified perovskite effectively prevented moisture-induced crystal degradation and enhanced electron transfer efficiency. Overall, this study provides valuable insights for enhancing material performance.