Linking in situ charge accumulation to electronic structure in doped SrTiO3 reveals design principles for hydrogen-evolving photocatalysts

X射线光电子能谱 材料科学 兴奋剂 电子结构 光催化 掺杂剂 可逆氢电极 密度泛函理论 带隙 电极 分解水 纳米技术 化学物理 化学工程 光电子学 化学 电化学 催化作用 物理化学 计算化学 工作电极 生物化学 有机化学 工程类
作者
Benjamin Moss,Qian Wang,Keith T. Butler,Ricardo Grau‐Crespo,Shababa Selim,Anna Regoutz,Takashi Hisatomi,Robert Godin,David J. Payne,Andreas Kafizas,Kazunari Domen,Ludmilla Steier,James R. Durrant
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:20 (4): 511-517 被引量:161
标识
DOI:10.1038/s41563-020-00868-2
摘要

Recently, high solar-to-hydrogen efficiencies were demonstrated using La and Rh co-doped SrTiO3 (La,Rh:SrTiO3) incorporated into a low-cost and scalable Z-scheme device, known as a photocatalyst sheet. However, the unique properties that enable La,Rh:SrTiO3 to support this impressive performance are not fully understood. Combining in situ spectroelectrochemical measurements with density functional theory and photoelectron spectroscopy produces a depletion model of Rh:SrTiO3 and La,Rh:SrTiO3 photocatalyst sheets. This reveals remarkable properties, such as deep flatband potentials (+2 V versus the reversible hydrogen electrode) and a Rh oxidation state dependent reorganization of the electronic structure, involving the loss of a vacant Rh 4d mid-gap state. This reorganization enables Rh:SrTiO3 to be reduced by co-doping without compromising the p-type character. In situ time-resolved spectroscopies show that the electronic structure reorganization induced by Rh reduction controls the electron lifetime in photocatalyst sheets. In Rh:SrTiO3, enhanced lifetimes can only be obtained at negative applied potentials, where the complete Z-scheme operates inefficiently. La co-doping fixes Rh in the 3+ state, which results in long-lived photogenerated electrons even at very positive potentials (+1 V versus the reversible hydrogen electrode), in which both components of the complete device operate effectively. This understanding of the role of co-dopants provides a new insight into the design principles for water-splitting devices based on bandgap-engineered metal oxides.
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
刚刚
情怀应助欢呼的小丸子采纳,获得10
1秒前
汉堡包应助tang采纳,获得10
2秒前
zyc完成签到,获得积分10
3秒前
天天快乐应助刘玲玲采纳,获得10
3秒前
li发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
4秒前
ctgbg完成签到,获得积分10
4秒前
小二郎应助阳光采纳,获得10
4秒前
天天快乐应助西瓜采纳,获得10
5秒前
5秒前
7秒前
10秒前
深情映冬发布了新的文献求助10
10秒前
援兮完成签到,获得积分10
11秒前
第八十六发布了新的文献求助10
11秒前
windli完成签到,获得积分10
11秒前
内向无春发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
xtL完成签到 ,获得积分10
12秒前
12秒前
小马甲应助拳击的小熊采纳,获得10
13秒前
li完成签到,获得积分20
13秒前
13秒前
14秒前
烟花应助好运接收集成器采纳,获得10
15秒前
寒冷班完成签到,获得积分10
15秒前
junze发布了新的文献求助10
15秒前
欢呼的小丸子完成签到,获得积分10
16秒前
烟花应助湖湖采纳,获得10
17秒前
17秒前
17秒前
18秒前
庄大金发布了新的文献求助10
18秒前
FashionBoy应助DKW采纳,获得10
18秒前
Chief完成签到,获得积分0
20秒前
清云发布了新的文献求助10
20秒前
六六发布了新的文献求助30
21秒前
molihuakai应助木木子采纳,获得10
21秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 800
Chemistry and Physics of Carbon Volume 18 800
The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 800
Leading Academic-Practice Partnerships in Nursing and Healthcare: A Paradigm for Change 800
The formation of Australian attitudes towards China, 1918-1941 640
Signals, Systems, and Signal Processing 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6435228
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8250107
关于积分的说明 17547697
捐赠科研通 5493564
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2897614
邀请新用户注册赠送积分活动 1874149
关于科研通互助平台的介绍 1715273