Insight into the enhanced photocatalytic activity of SrTiO3 in the presence of a (Ni, V/Nb/Ta/Sb) pair

文献情報

出版日 2018-07-06
DOI 10.1039/C8CP00844B
インパクトファクター 3.676
著者

Swapan K. Ghosh


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要旨

Increasing applications of SrTiO3 as a photocatalyst in recent times drive the development of various strategies through doping with foreign elements to improve its efficiency under sunlight. Motivated by the recent experimental observation of increased lifetime of photogenerated charge carriers due to codoping of Ta into Ni-doped SrTiO3 (R. Niishiro et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 2005, 7, 2241–2245, and A. Yamakata et al., J. Phys. Chem. C, 2016, 120, 7997–8004), we systematically investigate the detailed electronic structure of Ni-doped SrTiO3 in the presence and absence of Ta. The present theoretical study reveals that Ni-doping reduces the effective band gap by introducing unoccupied Ni-3d states in the forbidden region, while addition of Ta passivates these states. Here, we have properly explained the fact that improved photoconversion efficiency can be achieved only when the proportion of Ta is double with respect to that of Ni. The defect formation energy for the 1 : 2 type (Ni, Ta)-codoped SrTiO3 is energetically more favourable than that of the 1 : 1 type variety. The present study also explored the possibility of using V, Nb, and Sb in place of Ta to aim at better utilization of visible light activity. Interestingly, we arrive at a conclusion that V and Nb may be better choices over experimentally reported Ta for achieving enhanced photocatalytic activity of Ni-doped SrTiO3 under visible light. Finally, applicability of all these codoped systems for the generation of hydrogen and oxygen through water splitting has been checked by inspecting their band edge levels with respect to water redox levels.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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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