Accelerated Recombination Reaction through Interfacial FeIV=O Accumulation on Photoanode Surfaces

化学 重组 化学工程 结晶学 生物化学 基因 工程类
作者
Jingguo Li,Hang Chen,Siqin Liu,Yu Wang,Wenchao Wan,Yonggui Zhao,Carlos A. Triana,Zihao Xu,Greta R. Patzke
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (25): 21492-21500 被引量:3
标识
DOI:10.1021/jacs.5c02231
摘要

The observation of third-order water oxidation kinetics by FeIV=O accumulation at the semiconductor-electrolyte interface is a milestone for understanding the four-electron transfer reaction mechanism. However, the consequences of such FeIV=O accumulation for the associated recombination reaction kinetics at the interface have not been fully explored so far. Here, we observe fast second-order recombination reaction kinetics for FeIV=O as the result of its accumulation at the model hematite-electrolyte interface, compared to the first-order recombination reaction kinetics for a lesser amount of available FeIV=O. We refer to this phenomenon as "accumulation-accelerated recombination (AAR)" and highlight the adverse role of FeIV=O accumulation at the interface. Further, we demonstrate that this fast second-order AAR could be slowed down to first-order kinetics by (i) deprotonation of the metal oxide surface; (ii) evacuating the conduction band electrons; and (iii) partial substitution of FeIV=O with less active CoIV=O species. Such an insight is vital not only for understanding the efficiency loss mechanisms at the semiconductor-electrolyte interface but also for interpreting the interfacial behavior of photovoltaic systems and photocatalysts.
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