Local Coordination Geometry within Cobalt Spinel Oxides Mediates Photoinduced Polaron Formation

极化子 尖晶石 材料科学 配位几何学 化学 结晶学 光化学 无机化学 物理 分子 冶金 量子力学 有机化学 氢键 电子
作者
Erica P. Craddock,Jacob L. Shelton,Michael T. Ruggiero,Kathryn E. Knowles
出处
期刊:Chemical Science [Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d5sc01909e
摘要

Understanding the photophysics of transition metal oxides is crucial for these materials to realize their considerable potential in applications such as photocatalysis and optoelectronics. Recent studies suggest that formation of localized excited states consisting of polarons (quasi-particles comprising a charge carrier strongly coupled to a proximal lattice distortion) plays a crucial role in the photophysics of these materials. Cobalt-containing spinel oxides (Co3O4 and ZnCo2O4) offer a unique opportunity to investigate the influence of local geometry, and cation inversion on photoinduced polaron formation. Here, we use Hubbard-corrected density functional theory (DFT + U) paired with resonance Raman and temperature-dependent optical spectroscopies to demonstrate that low-energy transitions observed in Co3O4 are associated with d-d transitions involving cobalt ions occupying tetrahedral sites within the spinel lattice. These low-energy optical transitions exhibit strong coupling to phonon modes associated with tetrahedral sites. Replacing most tetrahedral cobalt ions with zinc produces the slightly inverted ternary spinel material, ZnCo2O4, in which we observe a phonon-coupled optical transition that occurs at the same energy as observed in Co3O4. We propose that these phonon-coupled optical transitions enable direct access to a polaronic state upon photoexcitation; however, the intensity of this optical transition depends on temperature in Co3O4, whereas no significant temperature dependence is observed in ZnCo2O4. We therefore hypothesize that in Co3O4 the mechanism of polaron formation is coupling of the optical transition to dynamic, thermally-gated lattice distortions, whereas, in ZnCo2O4, the transition couples to static lattice defects that arise from the presence of a small population of tetrahedrally-coordinated cobalt ions.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
开拖拉机的医学僧完成签到 ,获得积分10
2秒前
和平港湾给和平港湾的求助进行了留言
3秒前
sdzl完成签到,获得积分10
7秒前
刘峥峥发布了新的文献求助10
8秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
20秒前
我是老大应助xdlongchem采纳,获得10
20秒前
27秒前
又又完成签到,获得积分10
29秒前
30秒前
xdlongchem发布了新的文献求助10
33秒前
Lz555完成签到 ,获得积分10
33秒前
笨笨忘幽完成签到,获得积分10
35秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
40秒前
CLTTT完成签到,获得积分10
42秒前
charih完成签到 ,获得积分10
50秒前
xy完成签到 ,获得积分10
50秒前
刘峥峥完成签到,获得积分10
54秒前
来了来了完成签到 ,获得积分10
58秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
58秒前
1分钟前
朵朵完成签到,获得积分10
1分钟前
冰雪物语完成签到,获得积分10
1分钟前
李胜利发布了新的文献求助10
1分钟前
量子星尘发布了新的文献求助10
1分钟前
高山完成签到,获得积分10
1分钟前
1分钟前
量子星尘发布了新的文献求助10
1分钟前
mawenting完成签到 ,获得积分10
1分钟前
雪山飞龙发布了新的文献求助10
1分钟前
阿连完成签到,获得积分10
1分钟前
1分钟前
研友_LmeK4L发布了新的文献求助10
2分钟前
yy完成签到 ,获得积分10
2分钟前
apt完成签到 ,获得积分20
2分钟前
量子星尘发布了新的文献求助10
2分钟前
所所应助高山采纳,获得10
2分钟前
追梦完成签到,获得积分10
2分钟前
科研通AI2S应助和平港湾采纳,获得10
2分钟前
雪花完成签到 ,获得积分10
2分钟前
高分求助中
【提示信息,请勿应助】请使用合适的网盘上传文件 10000
The Oxford Encyclopedia of the History of Modern Psychology 1500
Green Star Japan: Esperanto and the International Language Question, 1880–1945 800
Sentimental Republic: Chinese Intellectuals and the Maoist Past 800
The Martian climate revisited: atmosphere and environment of a desert planet 800
Parametric Random Vibration 800
Building Quantum Computers 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3864034
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3406321
关于积分的说明 10649008
捐赠科研通 3130235
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1726338
邀请新用户注册赠送积分活动 831635
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 779990