Thermodynamic and Kinetic Influence of Oxygen Vacancies on the Solar Water Oxidation Reaction of α-Fe2O3 Photoanodes

氧气 材料科学 析氧 氧化还原 化学工程 分解水 动能 动力学 催化作用 无机化学 电化学 化学物理 物理化学 化学 光催化 电极 生物化学 物理 有机化学 量子力学 工程类 冶金
作者
Qian Yang,Jinyan Du,Jie Li,Yuting Wu,Yong Zhou,Yang Yang,Dingming Yang,Huichao He
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (10): 11625-11634 被引量:66
标识
DOI:10.1021/acsami.9b21622
摘要

To reveal the role of oxygen vacancies in the solar water oxidation of α-Fe2O3 photoanodes, the kinetic and thermodynamic properties that are closely related to the water oxidation reaction of the α-Fe2O3 photoanode containing oxygen vacancies were investigated. Compared with the pristine α-Fe2O3 photoanode, the presence of surface oxygen vacancies can improve the water oxidation activity and stability of the α-Fe2O3 photoanode simultaneously, but the bulk oxygen vacancies have a negative effect on the water oxidation performance of the α-Fe2O3 photoanode. In thermodynamics, our investigations revealed that the presence of surface oxygen vacancies narrows the space charge region width of the α-Fe2O3 photoanode, which could boost the charge separation and transfer efficiency of the α-Fe2O3 photoanode during water oxidation. Because the surface property and hydrophilicity of α-Fe2O3 are modified owing to the presence of surface oxygen vacancies, the water oxidation kinetics of the α-Fe2O3 photoanode with surface oxygen vacancies is obviously boosted. Our findings in the present work provide comprehensive understanding of the thermodynamic and kinetic differences for α-Fe2O3 photoanodes with and without oxygen vacancies for solar water oxidation.
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