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Experimental and Computational Investigation of the Optical, Electronic, and Electrochemical Properties of Hydrogenated α-Fe2O3

过电位 掺杂剂 材料科学 兴奋剂 分解水 电化学 带隙 电子结构 氧气 催化作用 化学物理 纳米技术 物理化学 电极 光电子学 化学 计算化学 光催化 有机化学 生物化学
作者
Yichun Yin,Xiwang Zhang,Li Li,Leone Spiccia,Chenghua Sun
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:121 (30): 16059-16065 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.7b00593
摘要

With the combination of experimental and computational approaches, the impact of hydrogenation on the optical, electronic and electrochemical properties of Fe2O3 for water splitting have been studied. Under high pressure, hydrogen incorporation into the Fe2O3 lattice has been achieved, and hydrogen dopants can be released with heat treatment. With H-doping, magnetite Fe3O4 has been found to form at the edge of Fe2O3 nanoparticles. H-incorporation can narrow the band gap by ∼0.4 eV and slightly reduce the overpotential (by 140 mV) for oxygen evolution reaction, but due to the localization of hydrogen (bonded with oxygen), a slightly lower charge carrier density resulted. Computational studies reveal that all of the above changes are essentially related to the local states brought by H-dopants. This study provides an in-depth understanding of the optical, electronic, and catalytic properties of hydrogenated Fe2O3.
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