On electron loss lowering at hematite photoelectrode interfaces

Autor(es)

Bedin, Karen C. ; Rodriguez-Gutierrez, Ingrid ; Peregrino, Lizandra R. P. ; Vayssieres, Lionel ; Souza, Flavio L.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Journal of the American Ceramic Society; v. N/A, p. 14-pg., 2022-04-04.

Resumo

Photoelectrodes nanoscale interface design has become a key factor to enhancing their photoelectrochemical performance for water splitting by reducing the photogenerated charge recombination, thus ensuring their efficient separation, transport, and collection. In this work, hematite (alpha-Fe2O3) photoanodes were prepared from a simple and scalable methodology capable of synergistically mitigating the charge loss and recombination at all interfaces (i.e., fluorine-doped tin oxide/hematite, hematite/hematite, and hematite/electrolyte) and achieving overall efficiency of similar to 50% for the water oxidation reaction compared to pristine photoelectrodes. The external quantum efficiency at 1.23 V versus reversible hydrogen electrode of pristine hematite was enhanced 6.7 times with the modifications of the three interfaces (Al2O3/NbH/NiFeOx). Electrochemical impedance spectroscopy and intensity-modulated photocurrent spectroscopies were applied to probe and monitor the photogenerated charge carrier dynamics revealing a substantial improvement in charge separation and collection at the back-contact interface as well as a partial mitigation of the surface states at the hematite-electrolyte interface. (AU)

• Processo FAPESP: 17/02317-2 - Interfaces em materiais: propriedades eletrônicas, magnéticas, estruturais e de transporte
• Beneficiário: Adalberto Fazzio
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 17/11986-5 - Geração e Armazenamento de Novas Energias: trazendo desenvolvimento tecnológico para o país
• Beneficiário: Ana Flávia Nogueira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia
• Processo FAPESP: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais
• Beneficiário: Elson Longo da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 21/07459-5 - Controle das propriedades eletrônicas de nanoestruturas colunares de hematita por dupla inserção de elementos de transição para aplicação na quebra fotoeletrocatalítica da molécula de água
• Beneficiário: Karen Cristina Bedin
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado