We report a hierarchically branched TiO2 nanorod structure that serves as a model architecture for efficient photoelectrochemical devices as it simultaneously offers a large contact area with the electrolyte, excellent light-trapping characteristics, and a highly conductive pathway for charge carrier collection. Under Xenon lamp illumination (UV spectrum matched to AM 1.5G, 88 mW/cm2 total power density), the branched TiO2 nanorod array produces a photocurrent density of 0.83 mA/cm2 at 0.8 V versus reversible hydrogen electrode (RHE). The incident photon-to-current conversion efficiency reaches 67% at 380 nm with an applied bias of 0.6 V versus RHE, nearly two times higher than the bare nanorods without branches. The branches improve efficiency by means of (i) improved charge separation and transport within the branches due to their small diameters, and (ii) a 4-fold increase in surface area which facilitates the hole transfer at the TiO2/electrolyte interface.

We report a scalably synthesized WO3/BiVO4 core/shell nanowire photoanode in which BiVO4 is the primary light-absorber and WO3 acts as an electron conductor. These core/shell nanowires achieve the highest product of light absorption and charge separation efficiencies among BiVO4-based photoanodes to date and, even without an added catalyst, produce a photocurrent of 3.1 mA/cm(2) under simulated sunlight and an incident photon-to-current conversion efficiency of ∼ 60% at 300-450 nm, both at a potential of 1.23 V versus RHE.

A BiVO₄ with a preferred [001] orientation and exposed {001} facets were grown epitaxially on FTO via a laser ablation, achieving the state-of-the-art photoelectrochemical performance for solar water-oxidation.

We report on reduced graphene oxide (rGO)/mesoporous (mp)-TiO2 nanocomposite based mesostructured perovskite solar cells that show an improved electron transport property owing to the reduced interfacial resistance. The amount of rGO added to the TiO2 nanoparticles electron transport layer was optimized, and their impacts on film resistivity, electron diffusion, recombination time, and photovoltaic performance were investigated. The rGO/mp-TiO2 nanocomposite film reduces interfacial resistance when compared to the mp-TiO2 film, and hence, it improves charge collection efficiency. This effect significantly increases the short circuit current density and open circuit voltage. The rGO/mp-TiO2 nanocomposite film with an optimal rGO content of 0.4 vol % shows 18% higher photon conversion efficiency compared with the TiO2 nanoparticles based perovskite solar cells.

Understanding of the selectivity of high-valent cobalt-oxo species (Co(IV)O) toward diverse organic pollutants with different characteristics in the presence of background constituents remains limited. Here, we prepared Co-loaded hydroxyl group-grafted graphitic carbon nitride (Co-OHCN) using a facile method for the effective formation of Co(IV)O. The role of the hydroxyl group in anchoring Co ions was investigated using several characterization methods (TEM, XRD, FT-IR, and XPS). Co-OHCN exhibited superior efficiency in degrading 4-chlorophenol (4-CP) (98.0 % ± 0.3 %) within 15 min of peroxymonosulfate (PMS) activation reaction. In the Co-OHCN/PMS system, Co(IV)O had the highest steady-state concentration ([Co(IV)O] = 1.40 × 10−10 M), significantly exceeding that of other reactive oxygen species (ROS) ([SO4−] = 9.22 × 10−13 M, [OH] = 1.82 × 10−13 M). The dominant role of Co(IV)O in 4-CP degradation was further revealed through scavenger tests, probe methods, and electrochemical analysis. Additionally, the anti-interference of Co(IV)O in the degradation of electron-rich organic substrates to background constituents (NOM and halide ions) was systemically validated using three organic pollutants with different ionization potential values (diclofenac, 4-CP, and benzoic acid). This study provides insight into an efficient strategy for Co(IV)O -mediated pollutant elimination and organic substrate-dependent selectivity of Co(IV)O during water decontamination.