Photoelectrochemical performance and charge dynamics of supersonic cluster beam deposited CuFe2O4 thin films

薄膜 材料科学 超音速 星团(航天器) 梁(结构) 光电子学 电荷(物理) 动力学(音乐) 沉积(地质) 凝聚态物理 光学
作者
Michele Vergari,Skerxho Osmani,Ermanno Pierobon,Enrico Scattolin,Andrea Basagni,Alberto Gasparotto,C. Maurizio,Gian Andrea Rizzi,Luca Gavioli
出处
期刊:Applied surface science advances [Elsevier BV]
卷期号:34: 100999-100999
标识
DOI:10.1016/j.apsadv.2026.100999
摘要

• A stable CuFe 2 O 4 thin film electrode was fabricated by supersonic cluster beam deposition. • Cu 2+ reduction occurs below 0.4 V vs. RHE, suppressing charge injection kinetic constant. • A major contribution to the photocurrent efficiency is due to the direct transition at 2.8 eV. Developing efficient and stable photoelectrodes is a major challenge in photoelectrochemical energy conversion technologies. Although CuFe 2 O 4 is a promising p-type semiconductor, its implementation as a photocathode has been limited by the difficulty of synthesizing uniform and stable films and by the scarce investigation of its charge-transfer kinetics. In this work, a 70 nm thick CuFe 2 O 4 layer was fabricated for the first time by supersonic cluster beam deposition, enabling the direct growth of a homogeneous and nanogranular film on a FTO substrate. After air annealing at 400 °C, compositional and structural characterizations revealed the formation of a polycrystalline tetragonal spinel-type CuFe 2 O 4 film, with a Cu x O segregation at the surface. Despite its low thickness, the electrode displayed strong visible light absorption and a p-type photoelectrochemical activity in neutral electrolyte (0.1 M Na 2 SO 4 ), with a good electrochemical stability. Interestingly, below 0.4 V vs . RHE applied bias, the charge injection kinetic constant drop corresponds to the reduction of Cu 2+ surface species to Cu + . The absorbed photon to current conversion efficiency spectra revealed a peak efficiency at 2.8 eV and confirmed a bias-dependent feature associated with the Cu x O interfacial layer.

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