Formation of an electron hole doped film in the α-Fe2O3 photoanode upon electrochemical oxidation‡

文献情報

出版日 2012-10-09
DOI 10.1039/C2CP42597A
インパクトファクター 3.676
著者

Rita Toth, Michael Grätzel, Edwin C. Constable, Artur Braun


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要旨

Solar hydrogen generation by water splitting in photoelectrochemical cells (PEC) is an appealing technology for a future hydrogen economy. Hematite is a prospective photoanode material in this respect because of its visible light conjugated band gap, its corrosion stability, its environmentally benign nature and its low cost. Its bulk and surface electronic structure has been under scrutiny for many decades and is considered critical for improvement of efficiency. In the present study, hematite films of nominally 500 nm thickness were obtained by dip-coating on fluorine doped tin oxide (FTO) glass slides and then anodised in 1 molar KOH at 500, 600, and 700 mV for 1, 10, 120 and 1440 minutes under dark conditions. X-ray photoelectron spectra recorded at the Fe 3p resonant absorption threshold show that the eg transition before the Fermi energy, which is well developed in the pristine hematite film, becomes depleted upon anodisation. The spectral weight of the eg peak decreases with the square-root of the anodisation time, pointing to a diffusion controlled process. The speed of this process increases with the anodisation potential, pointing to Arrhenius behaviour. Concomitantly, the weakly developed t2g peak intensity becomes enhanced in the same manner. This suggests that the surface of the photoanode contains Fe2+ species which become oxidized toward Fe3+ during anodisation. The kinetic behaviour derived from the experimental data suggests that the anodisation forms an electron hole doped film on and below the hematite surface.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

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CiteScore: 5.5
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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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