Electronic defects in metal oxide photocatalysts

材料科学 氧化物 光催化 金属 纳米技术 催化作用 化学 有机化学 冶金
作者
Ernest Pastor,Michael Sachs,Shababa Selim,James R. Durrant,Artem A. Bakulin,Aron Walsh
出处
期刊:Nature Reviews Materials [Springer Nature]
卷期号:7 (7): 503-521 被引量:216
标识
DOI:10.1038/s41578-022-00433-0
摘要

A deep understanding of defects is essential for the optimisation of materials for solar energy conversion. This is particularly true for metal oxide photo(electro)catalysts, which typically feature high concentrations of charged point defects that are electronically active. In photovoltaic materials, except for selected dopants, defects are considered detrimental and should be eliminated to minimise charge recombination. However, photocatalysis is a more complex process where defects can play an active role, for example, by stabilising charge separation and mediating rate-limiting catalytic steps. Here, we review the behaviour of electronic defects in metal oxides, paying special attention to the principles underpinning the formation and function of trapped charges in the form of polarons. We focus on how defects alter the electronic structure, statically or transiently upon illumination, and discuss the implications of such changes in light-driven catalytic reactions. Finally, we consider the applicability of lessons learned from oxide defect chemistry to new photocatalysts based on carbon nitrides, polymers and metal halide perovskites.
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