Effect of Oxygen–Iron Composition on Charge Transport and Interface Reaction in Hematite

赤铁矿 氧气 X射线光电子能谱 化学 析氧 催化作用 无机化学 表面电荷 化学工程 材料科学 电极 电化学 矿物学 物理化学 生物化学 有机化学 工程类
作者
Shuai Chen,Jiachen Wang,Mengyang Zhou,Hong Zhu,Yan Zhang,Jinhua Li,Jing Bai,Ligang Xia,Qunjie Xu,B. Zhou
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:10 (4): 2413-2418 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acscatal.9b04538
摘要

Hematite is composed of iron and oxygen elements, and the iron–oxygen spatial distribution would affect directly its photoelectrochemical (PEC) performance. However, less work has focused on the effect of iron–oxygen composition on the characteristic of charge transport and interfacial reaction. Here, we investigated the charge transfer and interface reaction of two typical iron–oxygen compositions of hematite prepared from the precursors of Fe and FeOOH in which different iron–oxygen ratios were obtained. X-ray photoelectron spectroscopy etching confirms that different precursors do cause differences in spatial elemental composition after thermal treatment. For Fe precursors, oxygen deficiency in the bulk is responsible for its lower bulk efficiency, whereas the defect-free surface results in a high surface separation efficiency and a low interfacial reaction catalysis rate. The FeOOH precursor forms an oxygen-rich surface and, therefore, introduces a large number of surface hole traps. Excessive traps significantly hinder surface charge separation and transport but favor surface electrocatalytic kinetics. Our work provides a perspective on the relationship between the semiconductor electrode performance and its structure and provides effective guidance for further optimization.

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