On the relationship between rutile/anatase ratio and the nature of defect states in sub-100 nm TiO2 nanostructures: experimental insights

文献情報

出版日 2018-02-02
DOI 10.1039/C7CP08629F
インパクトファクター 3.676
著者

Moamen M. Soliman, Mohamed H. Al Haron, Menna Samir, Sarah A. Tolba, Basamat S. Shaheen, Ahmed W. Amer, Omar F. Mohammed, Nageh K. Allam


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要旨

Black TiO2 is being widely investigated due to its superior optical activity and potential applications in photocatalytic hydrogen generation. Herein, the limitations of the hydrogenation process of TiO2 nanostructures are unraveled by exploiting the fundamental tradeoffs affecting the overall efficiency of the water splitting process. To control the nature and concentration of defect states, different reduction rates are applied to sub-100 nm TiO2 nanotubes, chosen primarily for their superiority over their long counterparts. X-Ray Photoelectron Spectroscopy disclosed changes in the stoichiometry of TiO2 with the reduction rate. UV-vis and Raman spectra showed that high reduction rates promote the formation of the rutile phase in TiO2, which is inactive towards water splitting. Furthermore, electrochemical analysis revealed that such high rates induce a higher concentration of localized electronic defect states that hinder the water splitting performance. Finally, incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE) highlighted the optimum reduction rate that attains a relatively lower defect concentration as well as lower rutile content, thereby achieving the highest conversion efficiency.

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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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