The kinetics of metal oxide photoanodes from charge generation to catalysis

氧化物 材料科学 光催化 光电化学电池 载流子 催化作用 光电化学 分解水 化学工程 纳米技术 光电子学 化学 电化学 电极 物理化学 生物化学 电解质 工程类 冶金
作者
Sacha Corby,Reshma R. Rao,Ludmilla Steier,James R. Durrant
出处
期刊:Nature Reviews Materials [Springer Nature]
卷期号:6 (12): 1136-1155 被引量:311
标识
DOI:10.1038/s41578-021-00343-7
摘要

Generating charge carriers with lifetimes long enough to drive catalysis is a critical aspect for photoelectrochemical and photocatalytic systems, and a key determinant of their efficiency. Metal oxides are widely explored as photoanodes for photoelectrochemical water oxidation. However, their application is limited by the disparity between the picosecond–nanosecond lifetimes of electrons and holes photoexcited in bulk metal oxides versus the millisecond–second timescale of water oxidation catalysis. This Review addresses the charge-carrier dynamics underlying the performance of metal oxide photoanodes and their ability to drive photoelectrochemical water oxidation, alongside comparison with metal oxide function in photocatalytic and electrocatalytic systems. We assess the dominant kinetic processes determining photoanode performance, namely, charge generation, polaron formation and charge trapping, bulk and surface recombination, charge separation and extraction, and, finally, the kinetics of water oxidation catalysis. We examine approaches to enhance performance, including material selection, doping, nanostructuring, junction formation and/or co-catalyst deposition. Crucially, we examine how such performance enhancements can be understood from analyses of carrier dynamics and propose design guidelines for further material or device optimization. Metal oxides are widely used in photoelectrochemical and photocatalytic systems for fuel synthesis and environmental remediation. In this Review, we examine the kinetic challenges, from charge generation to water oxidation catalysis, that determine the performance of metal oxide photo(electro)catalysts.
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
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

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
2秒前
ff发布了新的文献求助30
3秒前
阳光的雪碧完成签到,获得积分10
5秒前
神经元完成签到,获得积分10
6秒前
向中恶发布了新的文献求助30
7秒前
joicelee199完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
科研通AI6应助阿来采纳,获得10
9秒前
12秒前
群山发布了新的文献求助10
12秒前
在水一方应助figure采纳,获得10
13秒前
13秒前
river_121完成签到,获得积分10
13秒前
孙玄泽完成签到,获得积分20
13秒前
16秒前
16秒前
小懒猪完成签到,获得积分10
17秒前
超级板凳发布了新的文献求助10
17秒前
18秒前
19秒前
hdisyd完成签到 ,获得积分10
20秒前
21秒前
炫炫炫完成签到,获得积分10
21秒前
xiaochen完成签到 ,获得积分10
21秒前
cxin发布了新的文献求助10
22秒前
嗯嗯完成签到 ,获得积分10
23秒前
浮游应助科研通管家采纳,获得10
26秒前
FashionBoy应助科研通管家采纳,获得10
26秒前
santory应助科研通管家采纳,获得10
26秒前
星辰大海应助铮铮铁骨采纳,获得10
26秒前
NexusExplorer应助科研通管家采纳,获得10
26秒前
浮游应助科研通管家采纳,获得10
26秒前
Ava应助科研通管家采纳,获得50
26秒前
Hello应助科研通管家采纳,获得10
26秒前
浮游应助科研通管家采纳,获得10
27秒前
Owen应助科研通管家采纳,获得10
27秒前
深情安青应助科研通管家采纳,获得10
27秒前
汉堡包应助科研通管家采纳,获得10
27秒前
CipherSage应助科研通管家采纳,获得10
27秒前
27秒前
高分求助中
Encyclopedia of Quaternary Science Third edition 2025 12000
(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
The Social Work Ethics Casebook: Cases and Commentary (revised 2nd ed.). Frederic G. Reamer 800
Beyond the sentence : discourse and sentential form / edited by Jessica R. Wirth 600
Holistic Discourse Analysis 600
Vertébrés continentaux du Crétacé supérieur de Provence (Sud-Est de la France) 600
Reliability Monitoring Program 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5339290
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4476138
关于积分的说明 13930647
捐赠科研通 4371604
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2401978
邀请新用户注册赠送积分活动 1394933
关于科研通互助平台的介绍 1366848