Band Structure Engineering of Transition-Metal-Based Layered Double Hydroxides toward Photocatalytic Oxygen Evolution from Water: A Theoretical–Experimental Combination Study

过电位 层状双氢氧化物 析氧 密度泛函理论 分解水 光催化 带隙 过渡金属 材料科学 电子能带结构 金属 催化作用 化学 无机化学 化学工程 物理化学 氢氧化物 计算化学 光电子学 凝聚态物理 冶金 物理 电化学 生物化学 电极 工程类
作者
Simin Xu,Hong Yan,Min Wei
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:121 (5): 2683-2695 被引量:136
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.6b10159
摘要

Considerable attention has been focused on layered double hydroxides (LDHs) for their applications in solar energy storage and conversion recently, but the in-depth investigation on the semiconducting properties of LDHs is limited. Herein, the electronic properties (band structure, density of states (DOS), surface energy, and band edge placement) of 14 kinds of MIInMIII/IV–A–LDHs (MII = Mg, Co, Ni, Cu, Zn; MIII = Cr, Fe; MIV = Ti; n = 2, 3, 4; A = Cl–, NO3–, CO32–) which contain transition-metal cations as well as their thermodynamic reaction mechanism toward the oxygen evolution reaction (OER) were studied using a density functional theory plus U (DFT + U) method. The calculation results indicate that the (003) plane is the most preferably exposed surface, and all these calculated LDHs are visible light responsive. The OER driving force and overpotential for these LDHs were obtained via their band edge placement and thermodynamic mechanism, and the results show that 10 of the calculated 12 LDHs (Ni2Ti–Cl–, Cu2Ti–Cl–, Zn2Ti–Cl–, Ni2Cr–Cl–, Zn2Cr–Cl–, Co2Fe–Cl–, Ni2Cr–NO3–, Ni2Cr–CO3–, Ni3Cr–Cl–, and Ni4Cr–Cl–LDHs) can overcome the reaction barriers by virtue of their driving force of photogenerated hole. Experimental observations further prove that NinCr–A–LDHs (n = 2, 3, 4; A = Cl–, NO3–, CO32–) are efficient OER photocatalysts, among which Ni2Cr–Cl–LDH shows the most active photocatalytic OER performance (O2 generation rate 1037 μmol h–1 g–1). In the meantime, Mg2Cr–Cl–LDH has no OER activity, agreeing well with the theoretical prediction. This work provides theoretical insight into the photocatalytic OER performance of LDHs materials which contain transition-metal cations with semiconducting property, which would show potential application in optical/optoelectronic field.
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
风中的修杰完成签到 ,获得积分10
4秒前
渊_完成签到 ,获得积分10
5秒前
Ha完成签到,获得积分10
6秒前
9秒前
笑笑完成签到 ,获得积分10
12秒前
shan发布了新的文献求助10
16秒前
onevip完成签到,获得积分0
19秒前
25秒前
月亮啊完成签到 ,获得积分10
27秒前
28秒前
shan发布了新的文献求助10
31秒前
ChatGPT完成签到,获得积分10
32秒前
健壮惋清发布了新的文献求助10
33秒前
红毛兔完成签到,获得积分10
36秒前
霸气皓轩应助poki采纳,获得10
46秒前
派大星和海绵宝宝完成签到,获得积分10
50秒前
roundtree完成签到 ,获得积分0
1分钟前
mark33442完成签到,获得积分10
1分钟前
酷炫映阳完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Aiden完成签到,获得积分10
1分钟前
三心草完成签到 ,获得积分10
1分钟前
清秀的语山完成签到 ,获得积分10
1分钟前
yingwang完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Guangquan_Zhang完成签到,获得积分10
1分钟前
普萘洛尔完成签到,获得积分10
1分钟前
安和2396完成签到 ,获得积分10
1分钟前
打打应助你说的都对采纳,获得10
1分钟前
i2stay完成签到,获得积分0
1分钟前
iOhyeye23完成签到 ,获得积分10
1分钟前
eternal_dreams完成签到 ,获得积分10
1分钟前
科研通AI2S应助shan采纳,获得10
1分钟前
藏锋完成签到 ,获得积分10
1分钟前
MM完成签到 ,获得积分10
1分钟前
临兵者完成签到 ,获得积分10
1分钟前
爱吃草莓和菠萝的吕可爱完成签到,获得积分10
1分钟前
1分钟前
落雪完成签到 ,获得积分10
1分钟前
正直冰露完成签到 ,获得积分10
1分钟前
tyt完成签到 ,获得积分10
1分钟前
xyjf15发布了新的文献求助10
1分钟前
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
Modern Epidemiology, Fourth Edition 5000
Handbook of pharmaceutical excipients, Ninth edition 5000
Digital Twins of Advanced Materials Processing 2000
Weaponeering, Fourth Edition – Two Volume SET 2000
Polymorphism and polytypism in crystals 1000
Social Cognition: Understanding People and Events 800
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 纳米技术 有机化学 物理 生物化学 化学工程 计算机科学 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 物理化学 电极 冶金 遗传学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6028402
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7690218
关于积分的说明 16186463
捐赠科研通 5175575
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2769577
邀请新用户注册赠送积分活动 1753048
关于科研通互助平台的介绍 1638819