Tunneling Interlayer for Efficient Transport of Charges in Metal Oxide Electrodes

化学 量子隧道 氧化物 电极 金属 化学物理 纳米技术 光电子学 物理化学 有机化学 物理 材料科学
作者
Jiazang Chen,Liping Zhang,Zhenhui Lam,Hua Bing Tao,Zhiping Zeng,Hong Bin Yang,Jianqiang Luo,Lin Ma,Bo Li,Jianfeng Zheng,Suping Jia,Zhijian Wang,Zhenping Zhu,Bin Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:138 (9): 3183-3189 被引量:47
标识
DOI:10.1021/jacs.5b13464
摘要

Due to the limited electronic conductivity, the application of many metal oxides that may have attractive (photo)-electrochemical properties has been limited. Regarding these issues, incorporating low-dimensional conducting scaffolds into the electrodes or supporting the metal oxides onto the conducting networks are common approaches. However, some key electronic processes like interfacial charge transfer are far from being consciously concerned. Here we use a carbon-TiO2 contact as a model system to demonstrate the electronic processes occurring at the metal–semiconductor interface. To minimize the energy dissipation for fast transfer of electrons from semiconductor to carbon scaffolds, facilitating electron tunneling while avoiding high energy-consuming thermionic emission is desired, according to our theoretical simulation of the voltammetric behaviors. To validate this, we manage to sandwich ultrathin TiO2 interlayers with heavy electronic doping between the carbon conductors and dopant-free TiO2. The radially graded distribution of the electronic doping along the cross-sectional direction of carbon conductor realized by immobilizing the dopant species on the carbon surface can minimize the energy consumption for contacts to both the carbon and the dopant-free TiO2. Our strategy provides an important requirement for metal oxide electrode design.

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