Origin of enhanced photocatalytic activity and photoconduction in high aspect ratio ZnO nanorods

文献情報

出版日 2013-04-30
DOI 10.1039/C3CP51058A
インパクトファクター 3.676
著者

A. Leelavathi, Giridhar Madras, N. Ravishankar


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要旨

Faceted ZnO nanorods with different aspect ratios were synthesized by a solvothermal method by tuning the reaction time. Increased reaction leads to the formation of high aspect ratio ZnO nanorods largely bound by the prism planes. The high aspect ratio rods showed significantly higher visible light photocatalytic activity when compared to the lower aspect ratio structures. It is proposed that the higher activity is due to better charge separation in the elongated 1D structure. In addition, the fraction of unsaturated Zn2+ sites is higher on the {100} facets, leading to better adsorption of oxygen-containing species. These species enhance the production of reactive radicals that are responsible for photodegradation. The photocurrent for these ZnO nanostructures under solar light was measured and a direct correlation between photocurrent and aspect ratio was observed. Since the underlying mechanisms for photodegradation and photocurrent generation are directly related to the efficiency of electron–hole creation and separation, this observation corroborates that the charge separation processes are indeed enhanced in the high aspect ratio structures. The efficiency of photoconduction (electron–hole pair separation) could be further improved by attaching Au nanoparticles on ZnO, which can act as a sink for the electrons. This heterostructure exhibits a high chemisorption of oxygen, which facilitates the production of highly reactive radicals contributing to the high photoreactivity. The suggested mechanisms are applicable to other n-type semiconductor nanostructures with important implications for applications relating to energy and the environment.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
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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