Ultrafast Charge Carrier Dynamics in Vanadium-Modified TiO2 Thin Films and Its Relation to Their Photoelectrocatalytic Efficiency for Water Splitting

材料科学 吸光度 可见光谱 光谱学 X射线光电子能谱 光电子学 载流子 分解水 氧化钒 吸收光谱法 分析化学(期刊) 半导体 拉曼光谱 超快激光光谱学 溅射沉积 薄膜 光学 光催化 化学 溅射 纳米技术 化学工程 色谱法 物理 工程类 催化作用 生物化学 冶金 量子力学
作者
Alberto Piccioni,Daniele Catone,Alessandra Paladini,Patrick O’Keeffe,Alex Boschi,Alessandro Kovtun,M. Katsikini,F. Boscherini,Luca Pasquini
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:124 (49): 26572-26582 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.0c06790
摘要

Light absorption and charge transport in oxide semiconductors can be tuned by the introduction, during deposition, of a small quantity of foreign elements, leading to the improvement of the photoelectrocatalytic performance. In this work, both unmodified and vanadium-modified TiO2 thin films deposited by radio-frequency magnetron sputtering are investigated as photoanodes for photoelectrochemical water splitting. Following a structural characterization by X-ray diffraction, atomic force microscopy, Raman spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy, photoelectrocatalysis is discussed based on ultrafast transient absorbance spectroscopy measurements. In particular, three different pump wavelengths from UV to the visible range are used (300, 390, and 530 nm) in order to cover the relevant photoactive spectral range of modified TiO2. Incident photon-to-current conversion efficiency spectra show that incorporation of vanadium in TiO2 extends water splitting in the visible range up to ≈530 nm, a significant improvement compared to unmodified TiO2 that is active only in the UV range ≲390 nm. However, transient absorbance spectroscopy clearly reveals that vanadium accelerates electron–hole recombination upon UV irradiation, resulting in a lower photon-to-current conversion efficiency in the UV spectral range with respect to unmodified TiO2. The new photoelectrocatalytic activity in the visible range is attributed to a V-induced introduction of intragap levels at ≈2.2 eV below the bottom of the conduction band. This is confirmed by long-living transient signals due to electrons photoexcited into the conduction band after visible light (530 nm) pulses. The remaining holes migrate to the semiconductor–electrolyte interface where they are captured by long-lived traps and eventually promote water oxidation under visible light.

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
学术蝗虫完成签到,获得积分10
2秒前
DianaLee完成签到 ,获得积分10
4秒前
K珑完成签到,获得积分0
4秒前
xiaoxiao完成签到,获得积分10
5秒前
宁霸完成签到,获得积分0
10秒前
纪外绣完成签到,获得积分10
16秒前
20秒前
854fycchjh完成签到,获得积分10
25秒前
茉莉猫哟发布了新的文献求助10
25秒前
大力水手完成签到,获得积分10
25秒前
fhw发布了新的文献求助200
27秒前
Serein完成签到,获得积分10
27秒前
ccccchen完成签到,获得积分10
30秒前
沉静的浩然完成签到,获得积分10
31秒前
龙九少完成签到 ,获得积分10
31秒前
慈祥的爆米花完成签到,获得积分10
35秒前
sdfwsdfsd完成签到,获得积分10
37秒前
ally完成签到,获得积分10
39秒前
带我逃吧完成签到 ,获得积分10
42秒前
茉莉猫哟完成签到,获得积分10
43秒前
谦让的道之完成签到 ,获得积分10
46秒前
望向天空的鱼完成签到 ,获得积分10
51秒前
演员完成签到,获得积分10
54秒前
阔达的冰薇完成签到,获得积分10
55秒前
云木完成签到 ,获得积分10
56秒前
Meena完成签到 ,获得积分10
56秒前
58秒前
LYH完成签到,获得积分10
1分钟前
阿白完成签到,获得积分10
1分钟前
小菜完成签到,获得积分10
1分钟前
小马小乐完成签到 ,获得积分10
1分钟前
ccc应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
李健应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
天天快乐应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
ccc应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
ccc应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
慕青应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
ccc应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
我是老大应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
大模型应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
高分求助中
(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
PowerCascade: A Synthetic Dataset for Cascading Failure Analysis in Power Systems 2000
Various Faces of Animal Metaphor in English and Polish 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Adverse weather effects on bus ridership 500
Photodetectors: From Ultraviolet to Infrared 500
On the Dragon Seas, a sailor's adventures in the far east 500
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 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6350712
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8165311
关于积分的说明 17182209
捐赠科研通 5406866
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2862731
邀请新用户注册赠送积分活动 1840310
关于科研通互助平台的介绍 1689463