Beyond band bending in the WO3/BiVO4 heterojunction: insight from DFT and experiment

文献情報

出版日 2018-11-09
DOI 10.1039/C8SE00420J
インパクトファクター 6.367
著者

Carles Ràfols i Bellés, Shababa Selim, Nicholas M. Harrison, Ehsan A. Ahmad


原文を見る

要旨

Heterojunction photocatalysts can significantly enhance the efficiency of photocatalytic water splitting. It is well known that the key to such improvements lies at the interfacial region where charge separation occurs. Understanding the origins of this interfacial enhancement can enable the design of better performing water splitting devices. Therefore, in this work, a novel theoretical–experimental approach is developed for the study of photocatalytic heterojunctions using the model system – WO3/BiVO4, where it has been shown that the quantum efficiency of water splitting can approach unity at certain wavelengths. Our photoelectrochemical measurements of this heterojunction show a significantly enhanced performance over its separate components when illuminated through the BiVO4 side but not the WO3 side. This is indicative of more efficient electron transfer (i.e. from BiVO4 to WO3) than hole transfer (i.e. from WO3 to BiVO4) across the junction. Our classical band bending model of this junction predicts noticeable interfacial barriers, but could not explain the reduced performance under back illumination. Our atomistic model was used to investigate the effect of interfacial reconstructions and chemical interactions on the electronic structure of the system. The model reveals a non-staggered valence band, in contrast to the staggered conduction band, due to strong hybridization of valence band orbitals in both materials across the interface. This non-staggered valence band does not provide an energetic driving force for charge separation for hole transfer (i.e. from WO3 to BiVO4 under back illumination). Hence, a significant improvement in performance is only observed under front illumination. This combined approach, using both experiment and theory, results in a more complete understanding of a heterojunction photocatalyst system and provides unique insight into the interfacial effects that arise when two semiconductor materials are brought together, going beyond traditional band bending models.

関連文献

Contents list

Front/Back Matter

DOI: 10.1039/C3CP90163G

A liquid CO2-compatible hydrocarbon surfactant: experiment and modelling

Soumi Banerjee, J. Mieke Kleijn, Martien A. Cohen Stuart, Frans A. M. Leermakers

2013-10-03 Paper

DOI: 10.1039/C3CP52571F

Electrochemistry at nanometer-sized electrodes

Shengli Chen, Yuwen Liu

2013-11-04 Perspective

DOI: 10.1039/C3CP53773K

Evidence of excited state localization and static disorder in LH2 investigated by 2D-polarization single-molecule imaging at room temperature

Sumera Tubasum, Rafael Camacho, Matthias Meyer, Dheerendra Yadav, Richard J. Cogdell, Tõnu Pullerits, Ivan G. Scheblykin

2013-10-04 Paper

DOI: 10.1039/C3CP52127C

Electronically excited states and photochemical reaction mechanisms of β-glucose

Deniz Tuna, Andrzej L. Sobolewski, Wolfgang Domcke

2013-08-20 Paper

DOI: 10.1039/C3CP52359D

Sulfur-doped graphene as a potential alternative metal-free electrocatalyst and Pt-catalyst supporting material for oxygen reduction reaction

Ji-eun Park, Yu Jin Jang, Yeo Jin Kim, Mi-sun Song, Seokhyun Yoon, Dong Ha Kim, Sung-Jin Kim

2013-10-18 Paper

DOI: 10.1039/C3CP54311K

Charge transport properties of spin crossover systems

2013-10-25 Perspective

DOI: 10.1039/C3CP54028F

Facile synthesis and application of a carbon foam with large mesopores

Liling Fu, Genggeng Qi, Ritu Sahore, Rachid Sougrat, Francis J. DiSalvo, Emmanuel P. Giannelis

2013-10-02 Communication

DOI: 10.1039/C3CP53246A

Theoretical study of the photochemical generation of triplet acetophenone

Miquel Huix-Rotllant, Didier Siri, Nicolas Ferré

2013-09-27 Paper

DOI: 10.1039/C3CP52703D

こちらもおすすめ

化合物よくある質問

カルボニル基が付いた5-氰基-1-{[(2-メチル-2-プロpanyl)オキシ]カーボンイル}1H-吲哚-2-イリド-2-ボリン酸はどのように保存すればよいですか?

カルボニル基が付いた5-氰基-1-{[(2-メチル-2-プロpanyl)オキシ]カーボンイル}1H-吲哚-2-イリド-2-ボリン酸は、直射日光を避けて室温(15...

475102-15-9(5-Cyano-1-{[(2-meth...
化合物よくある質問

tert-ブチル2-クロロメチルピリジン-3-基炭酸エステルの市場動向や研究トレンドはどうですか?

この化合物は合成化学分野において、特にピリジン化合物の合成や改良に用いられます。最近の研究では、ピリジン化合物の新規合成法や特性の改良が注目されています。市場動...

1203498-98-9tert-Butyl 2-chloro-...
化合物よくある質問

聚二季戊四醇六丙烯酸酯はどの業界で使用されていますか?

聚二季戊四醇六丙烯酸酯は、医薬品、ポリマー、センサー、半導体などの業界で広く使用されています。特にポリマー業界では硬化剤として、医薬分野では医療機器の製造に使用...

29570-58-93-(Acryloyloxy)-2-({...
化合物よくある質問

1-氯-5-硝基异喹啉の市場動向や研究トレンドはどうですか?

1-氯-5-硝基异喹啉は、薬理学や合成化学の研究分野で注目されています。市場動向としては、その生物学的な活性や合成可能性を評価する研究が増えています。また、代替...

58142-97-51-Chloro-5-nitroisoq...
化合物よくある質問

2-チロール-5-メチルスルフェニル-3-trifルオルメチルベンゼンはどのように合成されますか?

2-チロール-5-メチルスルフェニル-3-trifルオルメチルベンゼンは、トリフルオロメチル化反応と硫化反応を経て合成されます。通常、トリフルオロメチル化剤と硫...

957066-04-51-Chloro-4-(methylsu...
化合物よくある質問

p-トールイルマグネシウムブロミドの物理化学的性質は何ですか?

p-トールイルマグネシウムブロミドのCAS番号は4294-57-9です。この化合物は白色の結晶性粉末で、分子量は204.32です。溶剤中で良好に溶解しますが、水...

4294-57-9p-Tolylmagnesium bro...
化合物よくある質問

1-(5-甲基-2-硫化素基)プロパン-1-酮の市場動向や研究トレンドはどうですか?

1-(5-甲基-2-硫化素基)プロパン-1-酮の市場動向は、化学産業全体の需要に影響を受けますが、最近では pharmaceutical 分野での応用が注目され...

59303-13-81-(5-Methyl-2-thieny...
化合物よくある質問

十一碳烯酰甘氨酸を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

十一碳烯酰甘氨酸は吸入や皮膚から吸収されることがあり、取り扱う際には防塵マスクと手袋を使用してください。ドラフトチャンバーを用いて漏洩を処理し、適切なSDS(S...

54301-26-7N-10-Undecenoylglyci...
化合物よくある質問

1H,1H-全氟-3,6-二氧杂葵-1-醇を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

この化合物は吸入や皮膚吸収による毒性があるため、防塵マスク、ゴーグル、防護手袋を使用する必要があります。ドラフトチャンバーでの操作が必要です。漏洩時には即座に換...

152914-73-32,2-Difluoro-2-[1,1,...
化合物よくある質問

3-(4-(フルオロメチルオキシ)フェニル)-1,2,4-オキサジアゾール-5-カルボハイドライドは安全ですか?

安全性は化合物の使用方法によります。直接的な毒性は報告されていませんが、吸入や皮膚接触には注意が必要です。適切な防護服を着用し、換気を図ることを推奨します。

883028-82-83-(4-(Trifluorometho...
免責事項
このページに表示される学術雑誌情報は、参考および研究目的のみを目的としています。当社は雑誌出版社とは提携しておらず、投稿の取り扱いも行っておりません。出版に関するお問い合わせは、各雑誌出版社に直接ご連絡ください。
表示されている情報に誤りがある場合は、support@chemtradehub.com までご連絡ください。迅速に確認し、対応いたします。