Improvement of the electron collection efficiency in porous hematite using a thin iron oxide underlayer: towards efficient all-iron based photoelectrodes

文献情報

出版日 2015-10-19
DOI 10.1039/C5CP04152J
インパクトファクター 3.676
著者

Nicola Dalle Carbonare, Stefano Carli, Roberto Argazzi, Michele Orlandi, Nicola Bazzanella, Antonio Miotello, Stefano Caramori, Carlo A. Bignozzi


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要旨

Different approaches have been explored to increase the water oxidation activity of nanostructured hematite (α-Fe2O3) photoanodes, including doping with various elements, surface functionalization with both oxygen evolving catalysts (OEC) and functional overlayers and, more recently, the introduction of ultrathin oxide underlayers as tunneling back contacts. Inspired by this latter strategy, we present here a photoanode design with a nanometric spin-coated iron oxide underlayer coupled with a mesoporous hematite film deposited by electrophoresis. The electrodes equipped with the thin underlayer exhibit a four-fold improvement in photoactivity over the simple hematite porous film, reaching a stable photocurrent density of ca. 1 mA cm−2 at 0.65 V versus the saturated calomel electrode (SCE) at pH 13.3 (NaOH 0.1 M) under air mass (AM) 1.5G illumination. A further improvement to 1.5 mA cm−2 is observed after decoration of the hematite surface with a Fe(III)-OEC. These results demonstrate that by combining different iron oxide morphologies, it is possible to improve the selectivity of the interfaces towards both electron collection at the back contact and hole transfer to the electrolyte, obtaining an efficient all-iron based photoelectrode entirely realized with simple wet solution scalable procedures.

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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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