Unveiling the charge transfer dynamics steered by built-in electric fields in BiOBr photocatalysts

电场 电荷(物理) 电子 化学物理 材料科学 光催化 电子转移 扩散 激发态 纳米技术 分子物理学 原子物理学 物理 化学 催化作用 物理化学 量子力学 生物化学
作者
Zhishan Luo,Xiaoyuan Ye,Shijia Zhang,Sikang Xue,Can Yang,Yidong Hou,Wandong Xing,Rong Yu,Jie Sun,Zhiyang Yu,Xinchen Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:209
标识
DOI:10.1038/s41467-022-29825-0
摘要

Construction of internal electric fields (IEFs) is crucial to realize efficient charge separation for charge-induced redox reactions, such as water splitting and CO2 reduction. However, a quantitative understanding of the charge transfer dynamics modulated by IEFs remains elusive. Here, electron microscopy study unveils that the non-equilibrium photo-excited electrons are collectively steered by two contiguous IEFs within binary (001)/(200) facet junctions of BiOBr platelets, and they exhibit characteristic Gaussian distribution profiles on reduction facets by using metal co-catalysts as probes. An analytical model justifies the Gaussian curve and allows us to measure the diffusion length and drift distance of electrons. The charge separation efficiency, as well as photocatalytic performances, are maximized when the platelet size is about twice the drift distance, either by tailoring particle dimensions or tuning IEF-dependent drift distances. The work offers great flexibility for precisely constructing high-performance particulate photocatalysts by understanding charge transfer dynamics.
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