Identifying Optimal Alkaline Earth Metal to Passivate Oxygen Vacancies and Enhance Carrier Lifetimes in Transition Metal Oxides

钝化 材料科学 兴奋剂 化学物理 载流子 离子半径 掺杂剂 氧化物 从头算 离解(化学) 离子键合 过渡金属 锐钛矿 从头算量子化学方法 无机化学 光电子学 载流子寿命 金红石 半导体 空位缺陷 金属 氧气 碱金属 基本电荷 分子物理学 电荷(物理) 有效核电荷 纳米技术
作者
Chunyang Zhang,Wenjia Gu,Elizabeth Stippell,Oleg V. Prezhdo,Maochang Liu,Liejin Guo
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:38 (1): 223-230 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.5c02247
摘要

Charge compensation at oxygen vacancies via elemental doping is an effective strategy for suppressing rapid carrier recombination. However, a systematic criterion for element selection toward efficient oxygen vacancy (Ov) passivation is still lacking. Herein, we perform ab initio quantum dynamics simulations on rutile TiO2 as a model system and elucidate the charge compensation mechanism of Ov passivation by alkaline earth metal doping (Be, Mg, Ca, and Sr). The simulations allow us to demonstrate and rationalize the influence of ionic radius on the passivation mechanism. Analysis of carrier recombination dynamics reveals that dopants with smaller atomic radii (e.g., Be) readily dissociate from Ov sites. This dissociation markedly reduces the electron−phonon coupling, consequently extending the carrier lifetime to 400 times that of the unpassivated system and 3 times that of pristine TiO2. Importantly, we extend and validate the demonstrated Ov passivation strategy to other materials, including anatase TiO2, ZrO2, and BiVO4, confirming its universal applicability. The work establishes an element selection criterion for defect passivation based on the charge compensation strategy and provides a material design principle for overcoming the bottleneck in the charge separation efficiency in oxide photocatalysis.
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
times发布了新的文献求助10
1秒前
完美世界应助sakiecon采纳,获得30
1秒前
1秒前
1秒前
喜悦非笑发布了新的文献求助10
2秒前
kxmmmy完成签到,获得积分10
2秒前
Ali发布了新的文献求助30
2秒前
2秒前
3秒前
3秒前
wyc发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
顶真发布了新的文献求助10
4秒前
隐形曼青应助sakiecon采纳,获得30
6秒前
科研通AI6.3应助张梦茜采纳,获得10
6秒前
6秒前
xiangjun发布了新的文献求助10
7秒前
燕然都护完成签到 ,获得积分10
7秒前
suzy发布了新的文献求助10
7秒前
科目三应助ebby采纳,获得10
8秒前
北极星发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
科研通AI6.3应助times采纳,获得10
10秒前
辣手摧花的自闭战士完成签到,获得积分10
13秒前
LUOYI发布了新的文献求助10
14秒前
大个应助顶真采纳,获得10
14秒前
14秒前
默默书竹发布了新的文献求助10
15秒前
hizhyhy应助畅快的抽屉采纳,获得10
16秒前
小二郎应助ZSW采纳,获得10
16秒前
16秒前
XINYU发布了新的文献求助10
17秒前
17秒前
18秒前
18秒前
JamesPei应助xiangjun采纳,获得10
19秒前
20秒前
研友_Zlqx38发布了新的文献求助10
21秒前
激情的小懒猪完成签到,获得积分10
21秒前
NexusExplorer应助抵押灵魂采纳,获得10
22秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(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
Development of a Bridge Weigh-In-Motion System: A technology to convert the bridge response to the passage of traffic into data on vehicle configurations, speeds, times of travel and weights 1000
Current concepts in cutaneous toxicity : proceedings of the Fourth Conference on Cutaneous Toxicity, Washington, D.C., May 9-11, 1979 1000
ズームレンズの光学設計に関する研究 800
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 700
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7280385
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8901516
关于积分的说明 18828951
捐赠科研通 6952345
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3207337
关于科研通互助平台的介绍 2377651
邀请新用户注册赠送积分活动 2182417