Distinguishing Inner and Outer-Sphere Hot Electron Transfer in Au/p-GaN Photocathodes

电子转移 电子 内球面电子转移 材料科学 原子物理学 热电子 光电子学 化学 物理 离子 光化学 核物理学 量子力学
作者
Fatemeh Kiani,Alan R. Bowman,Milad Sabzehparvar,Ravishankar Sundararaman,Giulia Tagliabue
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (50): 16008-16014 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c04319
摘要

Exploring nonequilibrium hot carriers from plasmonic metal nanostructures is a dynamic field in optoelectronics, with applications including photochemical reactions for solar fuel generation. The hot carrier injection mechanism and the reaction rate are highly impacted by the metal/molecule interaction. However, determining the primary type of reaction and thus the injection mechanism of hot carriers has remained elusive. In this work, we reveal an electron injection mechanism deviating from a purely outer-sphere process for the reduction of ferricyanide redox molecule in a gold/p-type gallium nitride (Au/p-GaN) photocathode system. Combining our experimental approach with ab initio simulations, we discovered that an efficient inner-sphere transfer of low-energy electrons leads to an enhancement in the photocathode device performance in the interband regime. These findings provide important mechanistic insights, showing our methodology as a powerful tool for analyzing and engineering hot-carrier-driven processes in plasmonic photocatalytic systems and optoelectronic devices.
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