Photo-driven oxidation of water on α-Fe2O3 surfaces: An ab initio study

过电位 分解水 密度泛函理论 化学 赤铁矿 从头算 氧化还原 电化学 从头算量子化学方法 析氧 氧气 电极 无机化学 物理化学 计算化学 催化作用 光催化 矿物学 分子 有机化学 生物化学
作者
Manh‐Thuong Nguyen,Nicola Seriani,Simone Piccinin,Ralph Gebauer
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:140 (6) 被引量:76
标识
DOI:10.1063/1.4865103
摘要

Adopting the theoretical scheme developed by the Nørskov group [see, for example, Nørskov et al., J. Phys. Chem. B 108, 17886 (2004)], we conducted a density functional theory study of photo-driven oxidation processes of water on various terminations of the clean hematite (α-Fe2O3) (0001) surface, explicitly taking into account the strong correlation among the 3d states of iron through the Hubbard U parameter. Six best-known terminations, namely, Fe−Fe−O3− (we call S1), O−Fe−Fe−(S2), O2−Fe−Fe−(S3), O3−Fe−Fe− (S4), Fe−O3−Fe− (S5), and O−Fe−O3−(S6), are first exposed to water, the stability of resulting surfaces is investigated under photoelectrochemical conditions by considering different chemical reactions (and their reaction free energies) that lead to surfaces covered by O atoms or/and OH groups. Assuming that the water splitting reaction is driven by the redox potential for photogenerated holes with respect to the normal hydrogen electrode, UVB, at voltage larger than UVB, most 3-oxygen terminated substrates are stable. These results thus suggest that the surface, hydroxylated in the dark, should release protons under illumination. Considering the surface free energy of all the possible terminations shows that O3–S5 and O3–S1 are the most thermodynamically stable. While water oxidation process on the former requires an overpotential of 1.22 V, only 0.84 V is needed on the latter.

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
田様应助M1o采纳,获得10
2秒前
废寝忘食完成签到,获得积分10
5秒前
1988发布了新的文献求助10
6秒前
7秒前
瑾风阳完成签到,获得积分10
7秒前
gean完成签到,获得积分10
8秒前
qiuqiu完成签到,获得积分10
9秒前
曾经一笑应助Hiccup采纳,获得10
10秒前
10秒前
13秒前
13秒前
M1o完成签到,获得积分10
13秒前
积极以云发布了新的文献求助10
15秒前
上官若男应助wwwww采纳,获得10
18秒前
18秒前
cgx发布了新的文献求助10
18秒前
18秒前
大模型应助拼搏的松鼠采纳,获得10
18秒前
穿山的百足公主完成签到,获得积分10
19秒前
DJM完成签到 ,获得积分10
19秒前
21秒前
阳光凡儿发布了新的文献求助10
21秒前
qiuqiu发布了新的文献求助10
22秒前
24秒前
失眠万仇完成签到,获得积分10
24秒前
科研通AI5应助cgx采纳,获得10
24秒前
科目三应助猪猪hero采纳,获得10
25秒前
25秒前
25秒前
负数发布了新的文献求助10
27秒前
93完成签到,获得积分10
29秒前
luwei0618发布了新的文献求助10
30秒前
Grazia应助Hiccup采纳,获得10
30秒前
30秒前
比格大王发布了新的文献求助10
30秒前
30秒前
31秒前
彭于晏应助qiuqiu采纳,获得10
32秒前
haoyunlai完成签到,获得积分10
33秒前
34秒前
高分求助中
Technologies supporting mass customization of apparel: A pilot project 600
Izeltabart tapatansine - AdisInsight 500
Chinesen in Europa – Europäer in China: Journalisten, Spione, Studenten 500
Arthur Ewert: A Life for the Comintern 500
China's Relations With Japan 1945-83: The Role of Liao Chengzhi // Kurt Werner Radtke 500
Two Years in Peking 1965-1966: Book 1: Living and Teaching in Mao's China // Reginald Hunt 500
Epigenetic Drug Discovery 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 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3814404
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3358503
关于积分的说明 10395700
捐赠科研通 3075750
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1689542
邀请新用户注册赠送积分活动 812995
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 767428