journal article·2012-04-25

Lattice Defect-Enhanced Hydrogen Production in Nanostructured Hematite-Based Photoelectrochemical Device

Peng Wang, Degao Wang, Jun Lin, Xiaolong Li, Cheng Peng, Xingyu Gao, Qing Huang, Jianqiang Wang, Hongjie Xu, Chunhai Fan

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Abstract

Nanostructured hematite photoanodes have been intensively studied in photoelectrochemical (PEC) water splitting for sustainable hydrogen production. Whereas many previous efforts have been focused on doping elements in nanostructured hematite (α-Fe(2)O(3)), we herein demonstrated an alternative approach to enhance the PEC performance by exploiting intrinsic nanostructuring properties of hematite. We found that the introduction of lattice defects effectively decreased the flatband potential and increased the charge transport mobility of nanostructured hematite, hence enhance the light harvest for more efficient hydrogen production via PEC. The nanostructured hematite photoanodes with lattice defects yielded water-splitting photocurrent density of 1.2 mA/cm(2) at 1.6 V vs reversible hydrogen electrode (RHE), which excelled defect-free ones by approximately 1.5 folds. This study thus provides a new strategy for finely tuning properties of nanostructured hematite photoanodes and enhancing the water-splitting ability of PEC.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Iron oxide chemistry and applications · Advanced Photocatalysis Techniques · Mine drainage and remediation techniques

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Affiliations

Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China

References (61)

Show source-provided references
1. Turner J. A. · Science · 1999 · 285 · 68710.1126/science.285.5428.687 ↗
2. Turner J. A. · Science · 2004 · 305 · 97210.1126/science.1103197 ↗
3. Lewis N. S. · Nature · 2001 · 414 · 58910.1038/414589a ↗
4. Dunn S. · Int. J. Hydrogen Energy · 2002 · 27 · 23510.1016/S0360-3199(01)00131-8 ↗
5. Ogden J. M. · Ann. Rev. Energy Environ. · 1999 · 24 · 22710.1146/annurev.energy.24.1.227 ↗
6. Sivula K. · ChemSusChem · 2011 · 4 · 43210.1002/cssc.201000416 ↗
7. Li Y. · Laser Photonics Rev. · 2010 · 4 · 51710.1002/lpor.200910025 ↗
8. Graetzel M. · Chem. Lett. · 2005 · 34 · 810.1246/cl.2005.8 ↗
9. Fujishima A. · Nature · 1972 · 238 · 3710.1038/238037a0 ↗
10. Bard K. L. H. a. A. J. · J. Electrochem. Soc. · 1976 · 123 · 102410.1149/1.2132984 ↗
11. Iwahara H. · Solid State Ionics · 1981 · 3 · 35910.1016/0167-2738(81)90113-2 ↗
12. Wentorf R. · Science · 1974 · 185 · 31110.1126/science.185.4148.311 ↗
13. Funk E. J. · Int. J. Hydrogen Energy · 2001 · 26 · 18510.1016/S0360-3199(00)00062-8 ↗
14. Tseung A. · Electrochim. Acta · 1977 · 22 · 3110.1016/0013-4686(77)85049-4 ↗
15. Lindgren T. · Sol. Energy Mater. Sol. Cells · 2002 · 71 · 23110.1016/S0927-0248(01)00062-9 ↗
16. Saremi-Yarahmadi S. · J. Phys. Chem. C · 2009 · 113 · 476810.1021/jp808453z ↗
17. Cesar I. · J. Am. Chem. Soc. · 2006 · 128 · 458210.1021/ja060292p ↗
18. Iordanova N. · J. Chem. Phys. · 2005 · 122 · 14430510.1063/1.1869492 ↗
19. Bedja I. · J. Phys. Chem. · 1993 · 97 · 1106410.1021/j100144a027 ↗
20. Bedja I. · Thin Solid Films · 1994 · 247 · 19510.1016/0040-6090(94)90799-4 ↗
21. Wang H. · J. Phys. Chem. B · 2000 · 104 · 568610.1021/jp0002751 ↗
22. Ramana C. · J. Phys. Chem. B · 2006 · 110 · 1043010.1021/jp056664i ↗
23. Wolcott A. · J. Phys. Chem. B · 2006 · 110 · 2528810.1021/jp064777b ↗
24. Ahn K. S. · J. Electrochem. Soc. · 2007 · 154 · B95610.1149/1.2754074 ↗
25. Ahn K. S. · J. Power Sources · 2008 · 176 · 38710.1016/j.jpowsour.2007.10.034 ↗
26. Yan Y. · Proc. SPIE · 2007 · 6650 · 66500H10.1117/12.734950 ↗
27. Yang X. · Nano Lett. · 2009 · 9 · 233110.1021/nl900772q ↗
28. Ding Q. P. · J. Phys. Chem. C · 2008 · 112 · 1884610.1021/jp8042768 ↗
29. Khaselev O. · Science · 1998 · 280 · 42510.1126/science.280.5362.425 ↗
30. Sivula K. · J. Am. Chem. Soc. · 2010 · 132 · 743610.1021/ja101564f ↗
31. Cherepy N. J. · J. Phys. Chem. B · 1998 · 102 · 77010.1021/jp973149e ↗
32. Brillet, J.; Gra tzel, M.; Sivula, K.Nano Lett. 2010.
33. Mohapatra S. K. · Chem. Mater. · 2009 · 21 · 304810.1021/cm8030208 ↗
34. Beermann N. · J. Electrochem. Soc. · 2000 · 147 · 245610.1149/1.1393553 ↗
35. Wang H. · J. Electrochem. Soc. · 2008 · 155 · F9110.1149/1.2888477 ↗
36. Hong Y. R. · Chem. Commun. · 2011 · 47 · 1065310.1039/c1cc13886c ↗
37. Hahn N. T. · Chem. Mater. · 2010 · 22 · 647410.1021/cm1026078 ↗
38. Glasscock J. A. · J. Phys. Chem. C · 2007 · 111 · 1647710.1021/jp074556l ↗
39. Satsangi V. R. · Int. J. Hydrogen Energy · 2008 · 33 · 31210.1016/j.ijhydene.2007.07.034 ↗
40. Sartoretti C. J. · J. Phys. Chem. B · 2005 · 109 · 1368510.1021/jp051546g ↗
41. Cesar I. · J. Phys. Chem. C · 2008 · 113 · 77210.1021/jp809060p ↗
42. Jang J. S. · J. Phys. Chem. C · 2009 · 113 · 671910.1021/jp8109429 ↗
43. Kleiman-Shwarsctein A. · J. Phys. Chem. C · 2008 · 112 · 1590010.1021/jp803775j ↗
44. Gaudon M. · J. Solid State Chem. · 2010 · 183 · 210110.1016/j.jssc.2010.04.043 ↗
45. Ling Y. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 211910.1021/nl200708y ↗
46. Hu Y. S. · Chem. Mater. · 2008 · 20 · 380310.1021/cm800144q ↗
47. Thimsen E. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 3510.1021/nl1022354 ↗
48. Gonçalves R. H. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 601210.1021/ja111454f ↗
49. Vayssieres L. · Chem. Mater. · 2001 · 13 · 23310.1021/cm001202x ↗
50. Klencsár Z. · J. Radioanal. Nucl. Chem. · 1996 · 210 · 10510.1007/BF02055410 ↗
51. Wang G. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 350310.1021/nl202316j ↗
52. Kay A. · J. Am. Chem. Soc. · 2006 · 128 · 1571410.1021/ja064380l ↗
53. Van der Kraan A. · Phys. Status Solidi A · 1973 · 18 · 21510.1002/pssa.2210180120 ↗
54. Topsoe, H.; Dumesic, J.Applications of Mossbauer Spectroscopy;Academic Press:New York, 1980; Vol.2, p55.
55. Jiang J. S. · Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process · 1988 · 45 · 24510.1007/BF00615011 ↗
56. Hesse J. · J. Phys. E · 1974 · 7 · 52610.1088/0022-3735/7/7/012 ↗
57. Sanchez L. · Physica B · 2007 · 389 · 14510.1016/j.physb.2006.07.042 ↗
58. Kennedy J. H. · J. Electrochem. Soc. · 1978 · 125 · 70910.1149/1.2131532 ↗
59. Tauc J. · J. Non-Cryst. Solids · 1972 · 8 · 56910.1016/0022-3093(72)90194-9 ↗
60. Wang Y. · J. Phys. Chem. B · 2006 · 110 · 2141210.1021/jp0654415 ↗
61. Pradhan D. · Langmuir · 2008 · 24 · 970710.1021/la8008943 ↗