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第一作者:Muhammad A. Abbs
通讯作者:Jin Ho Bang
通讯单位:汉阳大学
研究内容:
金纳米团簇(NCs)可作为增敏剂,扩大TiO2作为光电极的吸收能力。然而,纳米团簇的吸附也会在TiO2表面产生额外的表面态,这使得对团簇敏化中发生的各种界面现象的理解变得复杂。最近发现的复杂性之一是依赖于尺寸的空穴转移机制。在本研究中,我们揭示了NC-TiO2体系空穴转移过程中的另一个异常行为,即电解质的空穴清除能力也决定了NC-TiO2体系的空穴转移机制,这在其他光电极体系中是前所未有的。在高效空穴清除剂Na2SO3的存在下,Au18-TiO2的空穴转移直接通过Au18 团簇的最高占据分子轨道(HOMO)进行。然而,在低效率空穴清除剂(乙二胺四乙酸)存在时,Au18 -TiO2中的空穴转移不通过HOMO发生,而是转变为表面状态辅助空穴转移。由于表面态充电,这种表面态辅助空穴传递机制导致Au18-TiO2的光电流响应延迟。光电电化学阻抗谱提供了这种奇异空穴转移机制转移的证据,并讨论了其意义。
要点一:
要点二:
要点三:
图1:(A)短切可见光近红外照明下的J-V响应,(B) TiO2、Au15-TiO2和Au18-TiO2光电电极在连续可见光近红外照明下的ABPE。(C)短切1次太阳光照下的J-V响应,(D) TiO2、Au15-TiO2和Au18-TiO2光电极在连续1次太阳光照下的ABPE。
图2:(A) NC-TiO2电极在pH为4相对于真空度的能级图。(B) TiO2在1个太阳下和(C) NC-TiO2光电电极在可见近红外照明下的空穴转移示意图。(D)通过表面阱态(ESS)的电子复合示意图。
图4:TiO2、Au15-TiO2和Au18-TiO2光电极在可见光近红外照射下的电子捕获脱陷电阻(Rtdn)、体态电容(Cbulk)、电荷转移电阻(Rct)和表面捕获电容(Ctrap)。
图5:TiO2,Au15-TiO2,和Au18-TiO2光电电极在可见近红外照明下的光电流电位响应和表面阱电容(Ctrap)。
图6:TiO2、Au15-TiO2和Au18-TiO2光电极在1个太阳光照下的电子捕获脱陷电阻(Rtdn)、体态电容(Cbulk)、电荷转移电阻(Rct)和表面捕获电容(Ctrap)。
参考文献:
Abbas, M. A.; Bang, J. H., Surface State-Assisted Delayed Photocurrent Response of Au Nanocluster/TiO2Photoelectrodes. ACS Appl Mater Interfaces 2022.
https://doi.org/10.1021/acsami.2c03883
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